JP2007189231A - コア電源および接地の分配を容易にするための第２基板を有する集積回路 - Google Patents

コア電源および接地の分配を容易にするための第２基板を有する集積回路 Download PDF

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Abstract

【課題】コア電源および接地の分配を容易にするための第２基板を有する集積回路を提供する。
【解決手段】集積回路１００は、第１基板１０４、第１基板１０４に取り付けられた集積回路ダイ１０２、および集積回路ダイ１０２の少なくとも一部分の上に重なる第２基板１０６を備える。第２基板１０６は、第１基板１０４の導体にワイヤ・ボンドされ、集積回路ダイ１０２の導体に電気的に接続された、少なくとも１つの導体を備える。例示的実施形態では、第２基板１０６の導体は、集積回路ダイのためのコア電源および接地接続を提供するために使用される。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般に集積回路に関し、より詳細には、パッケージ集積回路内の電源、接地またはその他の信号ラインの分配に関する。
当技術分野では様々な集積回路パッケージ・タイプが知られている。ワイヤ・ボンド・パッケージと呼ばれる１つのパッケージ・タイプは、一般に、リード・フレームまたは他のタイプの基板のリードを集積回路ダイ上の対応するボンド・パッドに接続するためにワイヤ・ボンドを利用する。このタイプのパッケージは、プラスチック・ボール・グリッド・アレイ（ＰＢＧＡ）基板を利用してもよく、したがって、ワイヤ・ボンドＰＢＧＡパッケージと呼ばれてもよい。
そのようなパッケージは、低コストという利点を有するが、特にハイ・パワー適用例では、電源および接地導体によるかなり大きな電圧低下が起こることなく、必要な電源を集積回路ダイのコアに送達することができない可能性がある。したがって、そのようなハイ・パワー利用形態では、フリップチップ・パッケージが使用されることが多い。しかし、フリップチップ・パッケージは、一般にパッケージ基板に使用されるファイン・ライン・ルーティングなどの要因のために非常に高価であることがある。フリップチップ・パッケージのコストは、基板に、より粗いライン・ルーティングを使用することによって低減されることができるが、その結果として得られるパッケージは、所望のユニット・エッジごとの信号数に対応することができない可能性がある。
多くの様々なスタックダイ集積回路構成も知られている。これらには、例として、「Ｓｔａｃｋｅｄ Ｆｌｉｐ Ｃｈｉｐ Ａｓｓｅｍｂｌｉｅｓ」という表題の米国特許出願公開第２００２／００７４６３７号、「Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ ｗｉｔｈ Ｒｅ−Ｒｏｕｔｅ Ｌａｙｅｒ ａｎｄ Ｓｔａｃｋｅｄ Ｄｉｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ」という表題の米国特許出願公開第２００５／０１９４６７４号、および「Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｓｈｉｅｌｄｉｎｇ ｉｎ Ｓｔａｃｋｅｄ Ｄｉｅｓ ｂｙ Ｕｓｉｎｇ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｄｉｅ Ａｔｔａｃｈ Ａｄｈｅｓｉｖｅ」という表題のＰＣＴ国際出願第ＷＯ２００５／０３４２３８号などに記載された構成がある。
本明細書により本発明の譲受人に譲渡され、参照により本明細書に組み込まれている、２００４年１２月１３日に発明者Ｔｈａｄｄｅｕｓ Ｊ．Ｇａｂａｒａの名義で出願した「Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ ｗｉｔｈ Ｓｔａｃｋｅｄ−Ｄｉｅ Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ Ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ」という表題の米国特許出願第１１／０１０，７２１号は、スタックダイ構成を有する集積回路に基板伝導を提供するための技法を開示している。そこに開示されている１つの構成では、集積回路は、それ自体のために電流を保持するスタックのトップ・ダイ以外に所与のダイおよび基板伝導を介したスタックの少なくとも１つの追加ダイと共に、スタック内に配列された複数の集積回路ダイを備える。
上に引用された参考文献に記載されているタイプのスタックダイ構成は、シングルダイ集積回路より優れた多くの利点を提供することができるが、そのような構成は、一般に、ワイヤ・ボンドＰＢＧＡパッケージおよびその他のタイプの従来のワイヤ・ボンド・パッケージの上記のコア電源および接地の分配問題に適切に対処していない。
したがって、必要なものは、従来のワイヤ・ボンド・パッケージのかなり大きな電圧低下もなく、典型的なフリップチップ・パッケージのファイン・ライン・ルーティングに関連するコストもなしに、ハイ・パワー利用形態に対応することができる、改良された集積回路パッケージング構成である。
米国特許出願公開第２００２／００７４６３７号 米国特許出願公開第２００５／０１９４６７４号 ＰＣＴ国際出願第ＷＯ２００５／０３４２３８号 米国特許出願第１１／０１０，７２１号
本発明の例示的実施形態は、パッケージ基板に取り付けられた集積回路ダイの上に重なる追加の基板がコア電源および接地の分配を容易にするために使用される、改良されたパッケージング構成を提供する。
本発明の１つの態様によれば、集積回路は、第１基板、第１基板に取り付けられた集積回路ダイ、および集積回路ダイの少なくとも一部分の上に重なる第２基板を備える。第２基板は、第１基板の導体にワイヤ・ボンドされ、集積回路ダイの導体に電気的に接続された、少なくとも１つの導体を備える。
例示的実施形態の１つでは、第２基板の導体は、集積回路ダイのためのコア電源および接地接続を提供するために使用される。さらに詳細には、第２基板は、第２基板の上面上の複数の導体、第２基板の下面上の複数の導体、および第２基板を上面から下面に貫通する複数のビアを備えてもよい。各ビアは、第２基板の１つまたは複数の上面導体と第２基板の１つまたは複数の下面導体の間の電気的接続を提供する。第２基板の上面導体は、第１基板のそれぞれの導体にワイヤ・ボンドされ、第２基板の下面導体は、それぞれのはんだバンプまたはその他の適切なタイプの基板とダイの相互接続を介して集積回路ダイのそれぞれの導体に電気的に接続される。
本発明の他の態様によれば、集積回路を形成する方法が提供される。本方法は、集積回路ダイを第１基板に取り付ける工程と、集積回路ダイの少なくとも一部分の上に重なる第２基板を提供する工程と、第２基板の少なくとも１つの導体を第１基板の導体にワイヤ・ボンドする工程であって、第２基板の導体は集積回路ダイの導体に電気的に接続される工程とを含む。第２基板は、集積回路ダイがたとえばウェーハ・レベルで第１基板に取り付けられる前にダイに接続されてもよい。あるいは、第２基板は、集積回路ダイが第１基板に取り付けられた後でダイに接続されてもよい。
例示的実施形態は、前述の従来の技法より優れたいくつかのかなり大きな利点を提供する。たとえば、これらの実施形態は、ワイヤ・ボンドＰＢＧＡパッケージおよびその他のタイプの従来のワイヤ・ボンド・パッケージの上記のコア電源および接地の分配問題を克服する。それらは、従来のワイヤ・ボンド・パッケージの大きな電圧低下もなく、ファイン・ライン・ルーティングを有する典型的なフリップチップ・パッケージに関連するコストもなしに、ハイ・パワー利用形態を提供することができる。
本発明は、本明細書中で、いくつかの例示的集積回路およびそれに関連するパッケージング構成に関連して例示される。しかし、示された特定の集積回路およびパッケージング構成は、例示的な例としてのみ提供され、決して本発明の範囲を限定することを意図するものではないことを理解すべきである。明らかになるように、本発明の技法は、従来のワイヤ・ボンドおよびフリップチップ・パッケージに関する改良を提供することが望ましい他の様々な集積回路構成で利用可能である。
図１は、本発明の第１例示的実施形態に従って構成されたパッケージ集積回路１００を示す。集積回路１００は、集積回路ダイ１０２、第１基板１０４および第２基板１０６を備える。集積回路ダイ１０２は、従来のダイ取付け技法を使用して第１基板１０４に取り付けられる。第２基板１０６は、図示されているように集積回路ダイ１０２の上に重なる。一般に、第２基板１０６は、第１基板１０４の導体にワイヤ・ボンドされ、集積回路ダイ１０２の導体に電気的に接続された少なくとも１つの導体を備える。この特定の実施形態では、さらに詳しく以下で説明されるように、第２基板１０６の導体は、第１基板１０４と集積回路ダイ１０２の間のコア電源および接地接続を提供するために使用される。
この実施形態での第１基板１０４は、ボール・グリッド・アレイ基板、またはより詳細にはＰＢＧＡ基板を備え、第２基板１０６は、フリップチップ基板を備える。しかし、その他のタイプの基板が、どんな組合せででも、他の実施形態で使用されてもよいことを理解すべきである。
集積回路１００は、第２基板１０６の上面に取り付けられ、集積回路ダイ１０２からの熱放散を容易にするように構成された、ヒート・スプレッダ１１０をさらに備える。ヒート・スプレッダは、当業者によって理解されるように、従来の技法を使用して、金属またはその他の適切な材料で形成されてよい。他の実施形態では、ヒート・スプレッダは除去されてもよい。
この実施形態での集積回路１００は、ワイヤ・ボンド・タイプ・パッケージを利用したパッケージ集積回路を備える。ワイヤ・ボンド１０８は、第１基板１０４の導体を集積回路ダイ１０２の上面導体に接続するために利用される。追加のワイヤ・ボンド１０８は、第１基板１０４の導体を第２基板１０６の上面導体に接続するために使用される。この例示的実施形態では、これらの後者の導体は、第１基板１０４から集積回路ダイ１０２にコア電源および接地を供給するために利用される電源および接地導体である。この文脈で使用される用語「電源」は、たとえば、制限なしに、ＶＤＤ電源、ＶＳＳ電源、またはその他の正もしくは負の電源電圧を指してよい。
集積回路１００は、パッケージ集積回路を形成するために、プラスチックなど従来のカプセル化材料１１２を使用してカプセル化される。この例示的パッケージング構成では、第１基板１０４の下面は、回路基板またはその他の取付け構造物上へのパッケージ集積回路の取付けを容易にする複数のはんだボールまたはその他のタイプのコネクタ１１４を備える。ワイヤ・ボンド・タイプ・パッケージ集積回路のこれらおよびその他の従来の態様は、当技術分野ではよく理解されており、したがって本明細書中ではさらには説明されない。
この実施形態における第２基板１０６は、その上面上の複数の導体と、その下面上の複数の導体と、第２基板をその上面からその下面に貫通する複数のビア１１５を備える。各ビアは、第２基板の１つまたは複数の上面導体と第２基板の１つまたは複数の下面導体の間の電気的接続を提供する。上に示されたように、第２基板１０６の上面導体は、第１基板１０４のそれぞれの導体にワイヤ・ボンドされる。第２基板１０６の下面導体は、それぞれのはんだバンプまたは適切な他のタイプの基板とダイの相互接続を介して、集積回路ダイ１０２のそれぞれの導体に電気的に接続される。
図２は、集積回路２００の形で、本発明の他の実施形態を示す。この実施形態は、図１の実施形態と同様であるが、第１および第２基板の異なる構成を有する。この図では、第１および第２基板の上面導体ならびに集積回路ダイなどの特徴をよりよく示すために、図１の横断面図ではなく、透視図が提供されている。また、ヒート・スプレッダおよびカプセル化材料は、図を簡単明瞭にするためにこの図からは省略されている。
集積回路２００は、第１基板２０４に取り付けられた集積回路ダイ２０２を備える。第２基板２０６は、集積回路ダイの上に重なる。第２基板の上面は、第２基板２０６をその下面まで貫通するビア２１５に結合された導体２２０を備える。下面では、ビア２１５は、第２基板２０６の下面導体（図示されていない）に結合される。これらの下面導体は、集積回路ダイ２０２の上面上の対応する導体（図示されていない）に、はんだバンプを例示的に備える相互接続２２２を介して結合される。
第１基板２０４は、第２基板２０６または集積回路ダイ２０２上の対応する導体にワイヤ・ボンドされた周辺導体２２４を含む。さらに詳細には、第１基板２０４のいくつかの周辺導体２２４は、集積回路ダイ２０２の対応する周辺導体にワイヤ・ボンドされ、第１基板２０４のその他の周辺導体２２４は、第２基板２０６の対応する周辺導体にワイヤ・ボンドされる。用語「導体」は、本明細書中では、一般にボンド・パッド、導電トレース、はんだボールまたはその他の相互接続、あるいは同様の導電回路要素をどんな組合せででも包含するように解釈されると意図されるものであるが、この実施形態におけるワイヤ・ボンディングは、それぞれの導体に関連するボンド・パッドで行われる。
ボンド・パッドに関しては、集積回路ダイ２０２は、上面の周辺近くに配列された複数のボンド・パッドを備えた上面を有することが分かる。集積回路ダイは、上面の中央領域に配列された複数のボンド・パッドまたはその他のタイプの導体をさらに備えてよいが、そのような導体は、図を簡単明瞭にするために図には示されていない。第２基板２０６は、集積回路ダイ２０２の上面の中央領域の上に重なり、集積回路ダイ２０２の中央領域のボンド・パッドまたはその他の導体に電気的に接触している下面導体を有する。この実施形態では、第２基板２０６は、集積回路ダイの上面のいずれの周辺エッジも越えて広がらないように、集積回路ダイの上面の中央領域の上に重なる。また、第２基板２０６は、集積回路ダイ２０２の上面の対向する周辺エッジ間のほぼ中央に配置される。しかし、第１基板、集積回路ダイおよび第２基板を積み重ねるための多くの代替構成が使用されてよいことを理解すべきである。たとえば、第２基板は、下にある集積回路ダイの１つまたは複数のエッジを越えて広がってもよい。これらおよびその他の構成では、第２基板と集積回路ダイの間には少なくとも部分的な重なり合いがあることが企図される。また、所与のスタックは、複数の追加の基板、代替のダイおよび基板、または様々な他のスタッキング構成を含んでもよい。したがって、本発明は、単一の基板−ダイ−基板スタックまたはその他のどんな特定のスタッキング構成にも限定されないことを理解すべきである。
前の実施形態の場合と同様に、第２基板２０６に関連する導体は、電源および接地接続を集積回路ダイ２０２に供給するために使用される。したがって、第１基板２０４の周辺近くの導体は、第２基板２０６の周辺近くの導体の幅よりかなり狭いそれぞれの幅を有してよい。また、第１基板２０４の周辺近くの導体は、第２基板２０６の周辺近くの導体のピッチよりはるかに狭いピッチによって分離されてもよい。そのような幅およびピッチ構成は、簡単にされた図には明確には示されておらず、本発明の要件とみなされるべきではない。
上で説明された実施形態は、従来の実施形態に比べていくつかのかなり大きな利点を提供する。たとえば、これらの改良された集積回路パッケージング構成は、ワイヤ・ボンドＰＢＧＡパッケージおよびその他のタイプの従来のワイヤ・ボンド・パッケージの上記のコア電源および接地の分配問題を克服する。それらは、従来のワイヤ・ボンド・パッケージの大きな電圧低下もなく、典型的なフリップチップ・パッケージに関連するコストもなしに、ハイ・パワー利用形態に対応することができる。第２基板１０６または２０６は、電源および接地の分配に粗いライン・ルーティングしか必要としないので、低コストのフリップチップ・タイプの基板でよい。第１基板１０４または２０４は、ユニット・エッジごとに多数の信号を提供する安価なＰＢＧＡ基板でよい。
また、例示的実施形態における第１基板、集積回路ダイ、および第２基板のスタック構成は、電源および接地導体が入出力（ＩＯ）信号ラインからより良く分離されることができるようにするワイヤ・ボンドの三次元分離を提供する。
さらに、第２基板の導体は、従来の相互接続から生じる可能性があるかなり大きな電圧低下が起こることなく、特にハイ・パワー利用形態で、必要なコア電源を集積回路ダイに送達することができる比較的厚い金属構造として形成されることができる。
さらに、例示的実施形態は、従来のＩＯリングを介してコア電源および接地を集積回路ダイ上に持って来る必要がもはやないので、集積回路ダイ上のエリア資源を節約する。その結果、パッド制限状態でダイ・サイズが低減されることになる可能性がある。
さらに、コア電源および接地を送達するのに必要な集積回路の金属資源を低減すると、たとえば、コア内のルーティング密度を上げること、集積回路内の金属層の数を減らすことなどによって、集積回路コストが低減されることになる可能性がある。
第２基板は、例示的実施形態でコア電源および接地の分配のために使用されるが、他のタイプの信号をパッケージ基板から集積回路ダイに分配するために使用されてもよく、本発明はこの点に関しては限定されない。
図１および２に示された特定の構成は、例示的な例としてのみ提示され、決して本発明の範囲を限定すると解釈されるべきではないことに留意すべきである。また、いくつかの従来の要素は、図を簡単明瞭にするために図から省略されている。そのような省略された要素は、当業者によって理解されるように、本発明の所与の実施形態に含まれてもよい。
本発明の代替実施形態は、たとえば、複数の追加基板を備えてもよく、それぞれが集積回路ダイの上面の異なる部分の上に重なる。
また、単一のパッケージ集積回路内に複数の集積回路ダイを有することも可能であり、そのようなダイはそれぞれ本明細書中で説明されたようにその少なくとも一部分で上に重なる少なくとも１つの追加基板を有する。
上に示されたように、本発明の所与の実施形態は、１つまたは複数の集積回路ダイを備えてよい。そのような構成では、複数の同一のダイは、一般に、ウェーハの表面上に繰り返しパターンで形成される。各ダイは、様々な構造または回路を含んでよい。個々のダイは、ウェーハからカットまたはダイスされ、次いで集積回路としてパッケージされる。集積回路を作るために、どのようにウェーハをダイスし、ダイをパッケージするかは、当業者なら知っているであろう。そのようにして製造された集積回路は、本発明の一部とみなされる。
上に説明された実施形態のうちの１つに従って集積回路を製造する場合、集積回路ダイ１０２または２０２がパッケージ基板１０４または２０４に取り付けられる前に、上に重なる基板１０６または２０６をウェーハ・レベルでそれぞれの集積回路ダイ１０２または２０２に接続することが好ましいこともある。たとえば、上に重なる基板と集積回路ダイの間の相互接続を提供するために、はんだバンプが使用される場合、パッケージ基板を、上に重なる基板の導体と対応する集積回路ダイの導体との間の電気的接続を確立するのに必要な、はんだリフロー処理にかけることは望ましくないこともある。上に重なる基板がウェーハ・レベルでそれぞれのダイに取り付けられた後で、ウェーハがカットまたはダイスされ、結果として得られたデバイスは、それぞれがダイおよび上に重なる基板を備え、従来の技法を使用してパッケージ基板に取り付けられ、次いで、本明細書中で前に説明されたようにワイヤ・ボンドされる。また、集積回路ダイがパッケージ基板に取り付けられた後で、上に重なる基板をダイに接続することも可能である。
この場合も、本発明の上記の諸実施形態は、例としてのみであることを意図するものである。多くの代替実施形態が、添付の特許請求の範囲の範囲から逸脱することなく、当業者によって考案されてよい。たとえば、基板、ダイ、ワイヤ・ボンド、ボンド・パッド、スタッキング構成またはパッケージ・タイプなど集積回路要素の非常に多くの代替構成が使用されてよい。また、本発明による集積回路を形成するために、様々な代替処理工程が使用されてもよい。これらおよびその他の代替実施形態は、当業者には容易に明らかになるであろう。
本発明の第１例示的実施形態に従って構成されたワイヤ・ボンド・パッケージを利用したパッケージ集積回路の横断面図である。 図１に示されたタイプと同様のワイヤ・ボンド・パッケージを利用した、本発明の第２例示的実施形態でのパッケージ集積回路の露出された部分の透視図である。

Claims (10)

  1. 第１基板と、
    前記第１基板に取り付けられた集積回路ダイと、
    前記集積回路ダイの少なくとも一部分の上に重なる第２基板と
    を備える集積回路であって、
    前記第２基板は、前記第１基板の導体にワイヤ・ボンドされ、前記集積回路ダイの導体に電気的に接続された少なくとも１つの導体を備える、集積回路。
  2. 前記第１基板はボール・グリッド・アレイ基板を備える、請求項１に記載の集積回路。
  3. 前記第２基板はフリップチップ基板を備える、請求項１に記載の集積回路。
  4. 前記第２基板は、前記第２基板の上面上の複数の導体と、前記第２基板の下面上の複数の導体と、前記第２基板をその上面からその下面に貫通する複数のビアとを備え、前記各ビアは、前記第２基板の１つまたは複数の前記上面導体と前記第２基板の１つまたは複数の前記下面導体の間の電気的接続を提供する、請求項１に記載の集積回路。
  5. 前記第２基板の前記下面導体のうちの複数のものは、前記集積回路ダイのそれぞれの導体に電気的に接続される、請求項４に記載の集積回路。
  6. 前記第２基板の前記下面導体の前記複数のものは、それぞれのはんだバンプを介して前記集積回路ダイの前記それぞれの導体に電気的に接続される、請求項５に記載の集積回路。
  7. 前記集積回路ダイは、上面の周辺近くに配列された複数のボンド・パッドおよび前記上面の中央領域に配列された複数の導体を有する上面を有し、前記第２基板は、前記集積回路ダイの前記上面の前記中央領域の上に重なり、前記中央領域の前記導体に電気的に接触している導体を有する、請求項１に記載の集積回路。
  8. 第１および第２基板の間に結合された集積回路ダイを備える集積回路であって、
    前記第１基板は、前記集積回路ダイを支持し前記集積回路ダイおよび前記第２基板にワイヤ・ボンドされた、ボール・グリッド・アレイ基板を備え、
    前記第２基板は、前記集積回路ダイの上に重なりそれに電気的に接触しているフリップチップ基板を備える、
    集積回路。
  9. 集積回路を形成する方法であって、
    集積回路ダイを第１基板に取り付ける工程と、
    前記集積回路ダイの少なくとも一部分の上に重なる第２基板を提供する工程と、
    前記第２基板の少なくとも１つの導体を前記第１基板の導体にワイヤ・ボンドする工程であって、前記第２基板の前記導体はまた前記集積回路ダイの導体にも電気的に接続される工程とを含む方法。
  10. 前記第２基板は、前記集積回路ダイが前記第１基板に取り付けられる前に前記ダイに接続される、請求項９に記載の方法。
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