JP2008112776A

JP2008112776A - 半導体装置

Info

Publication number: JP2008112776A
Application number: JP2006293588A
Authority: JP
Inventors: Makoto Terui; 誠照井
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 2006-10-30
Filing date: 2006-10-30
Publication date: 2008-05-15
Also published as: US20080099930A1; US7696630B2

Abstract

【課題】本発明は、高周波ＬＳＩを備えた半導体装置の特性を向上させることを課題とする。
【解決手段】本発明に係る半導体装置は、例えば、ＷＣＳＰ（ウエハ・レベル・チップ・サイズ・パッケージ）に適用され、高周波回路ブロックを有する半導体チップと；前記半導体チップ上に形成された複数の電極パッドと；水平面内において、前記高周波回路ブロックと前記電極パッドとの間に配置され、外部端子と接続されたポストと；前記電極パッドと前記ポストとを接続する再配線層とを備えている。
【選択図】図３

Description

本発明は半導体装置、特に、ウェハ・レベルＣＳＰを高周波ＬＳＩに適用した半導体装置に関する。

電子機器の高密度実装化に伴い、携帯機器に搭載される半導体装置の小型化（薄型化／外形サイズの小型化）が要求されている。この要求に応えるため、半導体チップの外形寸法とほぼ同じ外形寸法を有するチップ・サイズ・パッケージ（Chip Size Package）と称される半導体パッケージが採用されている。チップ・サイズ・パッケージの一形態としては、ウェハ・レベル・チップ・サイズ・パッケージ（Wafer Level Chip Size Package）又はウェハ・レベル・チップ・スケール・パッケージ（Wafer Level Chip Scale Package）と称される半導体パッケージが存在する。

ウェハ・レベル・チップ・サイズ・パッケージ（以下、ＷＣＳＰと称す。）では、実装基板と対面する実装面（回路形成面）上に、再配線層によってエリア状に配列された複数の外部端子を備えている。外部端子と回路形成面の周辺に配置された電極（パッド）を再配線によって結線することにより、回路上の配線ピッチを実装基板の配線ピッチに変換すると伴に、ＬＳＩ回路と実装基板を電気的に接続している。現在、ＷＣＳＰは、小型・薄型という長所を生かし、携帯電話の電源ＬＳＩ、フラッシュメモリ、マイコン、ＲＦＬＳＩ等に採用されている。

本発明に関連する技術として、特開２００４−７９５７９号公報に開示されたＷＣＳＰ型の半導体装置がある。
特開２００４−７９５７９号公報

高周波ＬＳＩにＷＣＳＰを適用する場合、ＬＳＩ側の回路レイアウトによっては、ＷＣＳＰの再配線を引回すエリアが限定される。このため、高周波回路ブロックと再配線が電気的に干渉し、誤動作を引き起こすという懸念がある。特に、携帯電話等の無線通信用ＬＳＩでは、数百ＭＨｚから数ＧＨｚの信号の送受信を行うため、再配線のレイアウトによってはＬＳＩの特性を劣化させるケースがある。

本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、高周波ＬＳＩを備えた半導体装置の特性を向上させること目的とする。

本発明に係る半導体装置は、例えば、ＷＣＳＰ（ウエハ・レベル・チップ・サイズ・パッケージ）に適用され、高周波回路ブロックを有する半導体チップと；前記半導体チップ上に形成された複数の電極パッドと；前記高周波回路ブロックと前記電極パッドとの間に配置され、外部端子と接続されたポストと；前記電極パッドと前記ポストとを接続する再配線層とを備えている。ここで、ポイントとなるのは、ポストが高周波回路ブロックと電極パッドとの間に配置されることであり、高周波回路ブロック上に再配線が形成されないレイアウトを提供する。

好ましくは、接地電極パッドと接続された再配線層は、当該接地電極パッドと半導体チップのエッジとの間において引き回されるように形成する。

信号用電極パッドをポストの直下に形成し、これら信号用電極パッドとポストとを再配線層を介することなく接続することができる。

また、送受信アンテナ用電極パッドを、接地電極パッドと高周波回路ブロックとの間に配置し、更に、送受信アンテナ用電極パッドとポストとを連結する再配線との間に、スパイラル・インダクタを形成することができる。

以上のように本発明によれば、電極パッドと高周波領域回路ブロックの間にポストを配置しているため、高周波回路ブロック上に再配線が形成されず、再配線と高周波回路ブロックとの電気的干渉を抑制することが可能となる。また、送信アンテナ用電極、受信アンテナ用電極とポストとを接続する信号用再配線の長さを短くすることができ、送受信特性の向上が可能となる。

接地電極パッドと接続された再配線層を、当該接地電極パッドと半導体チップのエッジとの間で引き回す構成とした場合には、電極の外側で接地端子を共通化することができ、接地配線の低インピーダンス化を図ることが可能となる。

信号用電極パッドをポストの直下に形成し、これら信号用電極パッドとポストとを接続した場合には、再配線が不要となり、再配線部の寄生パラメータ（ＬＣＲ）成分による高周波信号の送受信特性の劣化を低減することが可能となる。

更に、送受信アンテナ用電極パッドを、接地電極パッドと高周波回路ブロックとの間に配置し、送受信アンテナ用電極パッドとポストとを連結する再配線との間に、スパイラル・インダクタを形成した場合には、当該インダクタを再配線で形成することができ、高周波ＬＳＩが実装されるモジュールの小型化を図ることが可能となる。

図１は、本発明が適用可能なＷＣＳＰ（ウエハ・レベル・チップ・サイズ・パッケージ）の構成を示す平面図であり、封止樹脂及び外部端子は省略する。図２は、図１のＡ−Ａ方向の断面図であり、封止樹脂及び外部端子についても示してある。

ＷＣＳＰは、半導体チップ１０と；半導体チップ１０表面に形成された絶縁体層２２と；絶縁体層２２上に形成された再配線層１６と；再配線層１６に接続されたポスト１４と；半導体チップ１０の表面を封止する封止樹脂２８と；封止樹脂２８上に形成され、ポスト１４の露出した上面と接続される外部半田端子２６とを備えている。本発明は、数百ＭＨｚから数ＧＨｚの信号の送受信を行う無線通信用ＬＳＩ等に好適である。

半導体チップ１０は、半導体基板１１と；当該半導体基板１１上に設けられた高周波回路ブロック１２と；高周波回路ブロック１２及び電極パッドに接続されたアルミ配線層２４とを備えている。アルミ配線層２４はシリコン酸化膜２０に覆われ、シリコン酸化膜２０上にはパッシベーション膜としてシリコン窒化膜２１が形成されている。

図３は、本発明の第１実施例に係るＷＣＳＰの要部の構造（配線レイアウト）を示す平面図である。本実施例においては、電極パッド（１３０ｇ、１３０ｒ、１３０ｔ）とチップエッジ１３２との間に接地（ＧＮＤ）用再配線１１６ｇを引回す領域を確保している。また、高周波回路ブロック１１２と電極パッド（１３０ｇ、１３０ｒ、１３０ｔ）との間にＷＣＳＰのポスト１１４を配置している。なお、電極パッドには、接地用電極パッド１３０ｇ、送信アンテナ用電極パッド１３０ｔ、受信アンテナ用電極パッド１３０ｒが含まれる。

複数の接地用電極パッド１３０ｇは、電極の外側の領域で接地用再配線１１６ｇにて各々電気的に接続されている。また、各電極パッド１３０ｇと高周波回路ブロック１１２との間に複数のポスト１１４が配置され、接地用再配線１１６ｇによって電極パッド１３０ｇとポスト１１４とが接続されている。ここで、接地用再配線１１６ｇは、配線のインピーダンスを低減するため、パッケージの信頼性に問題が生じない範囲で、可能な限り太く（幅広く）することが好ましい。

一方、送信アンテナ用電極パッド１３０ｔ及び受信アンテナ用電極パッド１３０ｒは、各電極（１３０ｒ、１３０ｔ）と高周波回路ブロック１１２との間に配置されたポスト１４０に対して、信号用再配線１１６ｓにて電気的に接続される。このとき、各信号用再配線１１６ｓの長さは、位相差を無くすために同じ長さに設定すると伴に、配線長が可能な限り短くなるように引回すことが好ましい。

図３において、符号１２４ｇは接地用電極パッド１３０ｇに接続されるアルミ配線であり、半導体チップ内部に形成される。また、符号１２４ｓは送受信アンテナ用電極パッド１３０ｔ，１３０ｒに接続されるアルミ配線であり、同様に半導体チップ内部に形成される。

本実施例においては、各電極パッド（１３０ｇ、１３０ｒ、１３０ｔ）の外側に再配線領域を確保すると共に、各電極（１３０ｇ、１３０ｒ、１３０ｔ）と高周波領域回路ブロック１１２との間にポスト１１４を配置しているため、高周波回路ブロック１１２上に再配線が形成されず、再配線１１６ｓ，１１６ｇと高周波回路ブロック１１２の電気的干渉を避けることができる。また、送信アンテナ用電極パッド１３０ｔ、受信アンテナ用電極パッド１３０ｒとポスト１１４とを接続する信号用再配線１１６ｓの長さが最短となるような引き回しができるため、送受信特性の向上を図ることが可能となる。

更に、各電極（１３０ｇ、１３０ｒ、１３０ｔ）の外側のエリアでは、接地用再配線１１６ｇによって接地用端子が共通化され、接地用配線１１６ｇの低インピーダンス化が可能となる。

図４は、本発明の第２実施例に係るＷＣＳＰの要部の構造（配線レイアウト）を示す平面図である。本実施例においては、上述した第１実施例と同様に、電極パッド（２３０ｇ、２３０ｒ、２３０ｔ）とチップエッジ２３２の間に接地（ＧＮＤ）用再配線２１６ｇを引回す領域を確保している。また、高周波回路ブロック２１２と電極パッド（２３０ｇ、２３０ｒ、２３０ｔ）との間にＷＣＳＰのポスト２１４を配置している。ここで、本実施例の特徴となるのは、ポスト２１４のうち、送受信アンテナ用のポスト２１４の直下に送受信アンテナ用電極パッド２３０ｔ、２０３ｒを配置することである。

複数の接地用電極パッド２３０ｇは、電極の外側の領域で接地用再配線２１６ｇにて各々電気的に接続されている。また、各電極パッド２３０ｇと高周波回路ブロック２１２の間に複数のポスト２１４が配置され、接地用再配線２１６ｇによってこれら電極パッドとポストとが接続されている。ここで、接地用再配線２１６ｇは、配線のインピーダンスを低減するため、パッケージの信頼性に問題が生じない範囲で、可能な限り太く（幅広く）することが好ましい。

一方、送信アンテナ用電極パッド２３０ｔ及び受信アンテナ用電極パッド２３０ｒは、直上に配置されたポスト２４０に直接（再配線を介さず）接続される。

図４において、符号２２４ｇは接地用電極パッド２３０ｇに接続されるアルミ配線であり、半導体チップ内部に形成される。また、符号２２４ｓは送受信アンテナ用電極パッド２３０ｔ，２３０ｒに接続されるアルミ配線であり、同様に半導体チップ内部に形成される。

本実施例においては、各電極パッド（２３０ｇ、２３０ｒ、２３０ｔ）の外側に再配線領域を確保しているため、高周波回路ブロック２１２上に再配線が形成されず、再配線２１６ｇと高周波回路ブロック２１２との電気的干渉を避けることができる。また、送信アンテナ用電極パッド２３０ｔと受信アンテナ用電極パッド２３０ｒは、直上に配置されたポスト２１４と接続されるため、再配線が不要となり、再配線部の寄生パラメータ（ＬＣＲ）成分による高周波信号の送受信特性の劣化を低減することが可能となる。

更に、各電極パッド（２３０ｇ、２３０ｒ、２３０ｔ）の外側のエリアでは、接地用再配線２１６ｇによって接地用端子が共通化され、接地用配線２１６ｇの低インピーダンス化が可能となる。

図５は、本発明の第３実施例に係るＷＣＳＰの要部の構造（配線レイアウト）を示す平面図である。本実施例においては、上述した第１及び第２実施例と同様に、電極パッド（３３０ｇ、３３０ｒ、３３０ｔ）とチップエッジ３３２の間に接地（ＧＮＤ）用再配線３１６ｇを引回す領域を確保している。また、高周波回路ブロック３１２と電極パッド（３３０ｇ、３３０ｒ、３３０ｔ）との間に接地用電極パッド３３０ｇと接続されるポスト３１４を配置している。

本実施例においては、送受信アンテナ用電極パッド３３０ｔ，３３０ｒを接地用電極パッド３３０ｇよりも内側（高周波回路ブロック１２側）に配置する。そして、送受信アンテナ用電極パッド３３０ｔ，３３０ｒを、更にその内側に配置したポスト３１４と再配線層３１６ｓによって接続する。再配線層３１６ｓにより、その途中にスパイラル・インダクタ３００が形成されている。スパイラル・インダクタ３００のインダクタンスは、従来（ＬＳＩを実装するモジュール基板上の送受信アンテナ端子の外部にチップ部品として搭載されていたもの）と同程度の値に設定する。また、スパイラル・インダクタ３００を含む各信号用再配線３１６ｓの長さは、位相差を無くすために同じ長さに設定する。

複数の接地用電極パッド３３０ｇは、電極の外側の領域で接地用再配線３１６ｇにて各々電気的に接続されている。また、各接地用電極パッド３３０ｇと高周波回路ブロック３１２の間に複数のポスト３１４が配置され、接地用再配線３１６ｇによって接続されている。ここで、接地用再配線３１６ｇは、配線のインピーダンスを低減するため、パッケージの信頼性に問題が生じない範囲で、可能な限り太くすることが好ましい。

一方、送信アンテナ用電極パッド３３０ｔ及び受信アンテナ用電極パッド３３０ｒは、スパイラル・インダクタ３００を介在した信号用再配線３１６ｓによって、ポスト３１４に接続される。

図５において、符号３２４ｇは接地用電極パッド３３０ｇに接続されるアルミ配線であり、半導体チップ内部に形成される。また、符号３２４ｓは送受信アンテナ用電極パッド３３０ｔ，３３０ｒに接続されるアルミ配線であり、同様に半導体チップ内部に形成される。

本実施例においては、各電極パッド（３３０ｇ、３３０ｒ、３３０ｔ）の外側に再配線領域を確保しているため、高周波回路ブロック３１２上に再配線が形成されず、再配線３１６ｇと高周波回路ブロック３１２との電気的干渉を避けることができる。また、各電極パッド（３３０ｇ、３３０ｒ、３３０ｔ）の外側のエリアでは、接地用再配線３１６ｇによって接地用端子が共通化され、接地用配線３１６ｇの低インピーダンス化が可能となる。

更に、従来、モジュール基板上に配置していたチップインダクタと同等の特性を持つスパイラル・インダクタ３００を再配線３１６ｓでＷＣＳＰ内に形成することにより、高周波ＬＳＩが実装されるモジュールの小型化に寄与する。

図１は、本発明が適用可能なＷＣＳＰ（ウエハ・レベル・チップ・サイズ・パッケージ）の構成を示す平面図であり、封止樹脂及び外部端子は省略する。図２は、図１のＡ−Ａ方向の断面図であり、封止樹脂及び外部端子についても示してある。図３は、本発明の第１実施例に係るＷＣＳＰの要部の構造を示す平面図である。図４は、本発明の第２実施例に係るＷＣＳＰの要部の構造を示す平面図である。図５は、本発明の第３実施例に係るＷＣＳＰの要部の構造を示す平面図である。

符号の説明

１０半導体チップ
１２，１１２，２１２，３１２高周波回路ブロック
１４、１１４，２１４，３１４ポスト
１６再配線
２０シリコン酸化膜
２２絶縁体層
２４アルミ配線
２６外部半田端子
２８封止樹脂
１１６ｇ，２１６ｇ，３１６ｇ接地用再配線
１１６ｓ，２１６ｓ，３１６ｓ信号用再配線
１３０ｇ，２３０ｇ，３３０ｇ接地用電極パッド
１３０ｒ，２３０ｒ，３３０ｒ受信アンテナ用電極パッド
１３０ｔ，２３０ｔ，３３０ｔ送信アンテナ用電極パッド
１３２，２３２，３３２チップエッジ
３００スパイラル・インダクタ

Claims

高周波回路ブロックを有する半導体チップと；
前記半導体チップ上に形成された複数の電極パッドと；
前記高周波回路ブロックと前記電極パッドとの間に配置され、外部端子と接続されたポストと；
前記電極パッドと前記ポストとを接続する再配線層とを備えたことを特徴とする半導体装置。
前記電極パッドは、信号用電極パッドと接地電極パッドとを含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
前記信号用電極パッドは、無線通信用の送信アンテナ用電極パッドと受信アンテナ用電極パッドとを含むことを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
前記接地電極パッドと接続された前記再配線層は、当該接地電極パッドと前記半導体チップのエッジとの間において引き回されるように形成されることを特徴とする請求項２又は３に記載の半導体装置。
前記信号用電極パッドは前記ポストの直下に形成され、これら信号用電極パッドとポストとが前記再配線層を介することなく接続されることを特徴とする請求項２，３又は４に記載の半導体装置。
前記送信アンテナ用電極パッドと受信アンテナ用電極パッドとを、前記接地電極パッドと前記高周波回路ブロックとの間に配置し、
前記送信アンテナ用電極パッドと受信アンテナ用電極パッドと、前記ポストとを連結する前記再配線との間に、スパイラル・インダクタを形成したことを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
前記半導体装置は、ＷＣＳＰ（ウエハ・レベル・チップ・サイズ・パッケージ）型であることを特徴とする請求項１，２，３，４，５又は６に記載の半導体装置。