JP2008187049A - システムインパッケージ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】システムインパッケージ装置の高性能化を図る。
【解決手段】本発明の例に係るシステムインパッケージ装置は、パッケージ基板11と、パッケージ基板11の一面側又は他面側に配置される外部端子12と、パッケージ基板11の他面側に配置される第1チップ13と、第1チップ13上に配置される第2チップ14と、第1チップ13と第2チップ14との間に配置される複数のバンプ15とを備える。外部端子12に入力される信号は、第2チップ14を経由して第1チップ13に入力される。
【選択図】 図2

Description

本発明は、システムインパッケージ装置に関する。
近年、システムの高性能と低コストとの両立を図るため、1つのチップ内にシステムを形成するSoC(system on chip)や、1つのパッケージ内にシステムを形成するSIP(system in package)などの技術が開発されている(例えば、特許文献1,2を参照)。
SoCの場合、1つのチップ内に複数の機能ブロックが形成される。
しかし、複数の機能ブロックは、共通プロセスで形成することが難しい。例えば、ロジック回路とインターフェイス回路とを有する高速システムでは、ロジック回路は、薄膜CMOSプロセスで形成され、インターフェイス回路は、厚膜CMOSプロセスで形成される。
このため、プロセスの最適化を行い、コストの増加を抑えることが必要になるが、プロセス世代が進むにつれて、これが難しくなってきている。
これに対し、SIPでは、SoCで生じるコストの問題が発生しない。
SIPの場合、1つのパッケージ内に複数のチップが形成されるため、例えば、ロジック回路とインターフェイス回路とをそれぞれ異なるチップに形成できるからである。
しかし、システムが高性能になると、チップの端子数が多くなる。このため、複数のチップをワイヤボンディングで接続することが難しくなる。
そこで、バンプを用いて複数のチップを接続する技術が提案されている。
この技術によれば、異なる機能を有する2つのチップがバンプを介して互いにスタックされる。例えば、ロジックチップ上にメモリチップが配置され、両者は、バンプを介して互いに接続される。
この場合、上側チップは、下側チップよりも小さく、かつ、下側チップに対してフリップチップボンディングされる。このため、上側チップの表面(素子が形成される面。以下、同じ。)と下側チップの表面とが互いに対向する形となり、上側チップの信号端子がパッケージの外部端子に直接接続されることがない。
つまり、上側チップは、下側チップ内に形成される素子又は回路とのみ、信号(電源電圧を除く)のやりとりを行う。
しかし、高性能なシステムを構築するためには、上側チップの信号端子を、下側チップ内の素子又は回路を介さずに、パッケージの外部端子に直接接続したほうが好ましい場合がある。
特開平7−176684号公報 特開2002−270759号公報
本発明は、バンプを介して互いにスタックされた2つのチップを有するシステムインパッケージ装置の高性能化を図るための技術を提案する。
本発明の例に係るシステムインパッケージ装置は、パッケージ基板と、パッケージ基板の一面側又は他面側に配置される外部端子と、パッケージ基板の他面側に配置される第1チップと、第1チップ上に配置される第2チップと、第1チップと第2チップとの間に配置される複数のバンプとを備え、外部端子に入力される信号は、第2チップを経由して第1チップに入力される。
本発明の例に係るシステムインパッケージ装置は、パッケージ基板と、パッケージ基板の一面側又は他面側に配置される外部端子と、第1チップと、第1チップ上及びパッケージ基板上に跨って配置される第2チップと、第1チップと第2チップとの間に配置される第1バンプと、パッケージ基板と第2チップとの間に配置される第2バンプとを備え、外部端子に入力される信号は、第2チップを経由して第1チップに入力される。
本発明によれば、バンプを介して互いにスタックされた2つのチップを有するシステムインパッケージ装置の高性能化を図ることができる。
以下、図面を参照しながら、本発明の例を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
1. 概要
本発明は、バンプを介して互いにスタックされた2つのチップ(第1及び第2チップ)を有するシステムインパッケージ装置を対象とする。このようなシステムインパッケージ装置において、パッケージの外部端子に入力される信号が上側チップ(第2チップ)を経由して下側チップ(第1チップ)に入力される構造を提案する。
具体的には、第一に、パッケージの外部端子に入力される信号を、下側チップ内の導電層を介して上側チップ内のロジック回路に入力し、さらに、上側チップから下側チップに転送する。即ち、下側チップ内に、上側チップのリードとしての導電層を設けることにより、上述の構造を実現する。
第二に、上側チップ内にそのチップを貫通するスルーホールを形成し、上側チップの裏面(素子が形成されない面。以下、同じ。)に導電層を形成する。そして、パッケージの外部端子に入力される信号を、導電層及びスルーホールを介して第2チップ内のロジック回路に入力することで、上述の構造を実現する。
第三に、上側チップを、下側チップ上及びパッケージ基板(凸部)上に跨って配置する。即ち、上側チップが下側チップ及びパッケージ基板の両方にバンプを介して接続される構造を採用することにより、上述の構造を実現する。
尚、信号とは、データを意味し、電源電圧を含まないものとする。
このような構成によれば、バンプを介して互いにスタックされた2つのチップを有するシステムインパッケージ装置の高性能化を図ることができる。
2. 実施の形態
次に、最良と思われるいくつかの実施の形態について説明する。
(1) 第1実施の形態
A. 構造
図1は、第1実施の形態に係るシステムインパッケージ装置を示している。図2は、図1のII−II線に沿う断面図である。
パッケージ基板11の一面側には、アレイ状の複数の外部端子12が配置される。本例では、複数の外部端子12をバンプとしているが、これに限られず、例えば、ピン、パッドなどであってもよい。
パッケージ基板11の他面側には、下側チップ13が配置される。下側チップ13は、例えば、ロジックチップである。下側チップ13の裏面は、接着剤によりパッケージ基板11の他面に結合される。
下側チップ13上には、上側チップ14が配置される。上側チップ14は、下側チップ13とは異なる機能を有するチップ、例えば、インターフェイスチップである。
下側チップ13と上側チップ14の間には、アレイ状の複数のバンプ(例えば、直径が100μm以下のマイクロバンプ)15が配置される。
ここで、上側チップ14は、下側チップ13に対してフリップチップボンディングされるため、下側チップ13の表面と上側チップ14の表面とは互いに対向している。
また、上側チップ14のサイズは、下側チップ13のサイズよりも小さいため、上側チップ14の表面は、パッケージ基板11の上部からみて、完全に隠れた状態になっている。
複数の外部端子12のうちの1つは、信号端子である。
本例では、この信号端子に入力される信号は、上側チップ14を経由して下側チップ13に入力される。また、信号は、下側チップ13から上側チップ14を経由して信号端子に転送され、パッケージの外部に出力される。
即ち、下側チップ13は、上側チップ14のリードとしての導電層16を有する。また、パッケージ基板11は、導電層18と、複数の外部端子12のうちの1つ及び導電層18を接続する導電線19とを有する。さらに、ボンディングワイヤ17は、導電層16,18を互いに接続する。
これにより、信号端子としての外部端子12は、バンプ15、導電層16、ボンディングワイヤ17、導電層18及び導電線19を介して、上側チップ14に接続される。
B. 変形例
図3は、第1実施の形態の変形例に係るシステムインパッケージ装置を示している。図4は、図3のIV−IV線に沿う断面図である。
この変形例の特徴は、アレイ状の複数の外部端子12をパッケージ基板11の他面側に配置した点にある。これに伴い、図1及び図2の構造の一部が変更される。
パッケージ基板11の一面側には、ヒートスプレッダー31が配置される。この変形例によれば、パッケージ基板11の一面側に大きなヒートスプレッダー31を配置できるメリットがある。
パッケージ基板11の他面側の縁に沿って凸部(パッケージ基板)20が配置される。この凸部20は、接着剤によりパッケージ基板11に結合される。
凸部20上には、アレイ状の複数の外部端子12が配置される。
パッケージ基板11の他面側の中央には、下側チップ13が配置される。下側チップ13の裏面は、接着剤によりパッケージ基板11の他面に結合される。
下側チップ13上には、上側チップ14が配置される。上側チップ14は、下側チップ13とは異なる機能を有するチップである。
下側チップ13と上側チップ14の間には、アレイ状の複数のバンプ15が配置される。
ここで、上側チップ14は、下側チップ13に対してフリップチップボンディングされるため、図1及び図2の構造と同様に、下側チップ13の表面と上側チップ14の表面とは互いに対向している。
また、上側チップ14のサイズは、下側チップ13のサイズよりも小さいため、上側チップ14の表面は、パッケージ基板11の上部からみて、完全に隠れた状態になっている。
しかし、図1及び図2の構造と同様に、外部端子12に入力される信号は、上側チップ14を経由して下側チップ13に入力される。また、信号は、下側チップ13から上側チップ14を経由して外部端子12に転送され、パッケージの外部に出力される。
即ち、下側チップ13は、上側チップ14のリードとしての導電層16を有する。また、パッケージ基板11は、導電層18を有し、ボンディングワイヤ17は、導電層16,18を互いに接続する。さらに、凸部20は、複数の外部端子12のうちの1つ及び導電層18を接続する導電線19を有する。
これにより、信号端子としての外部端子12は、バンプ15、導電層16、ボンディングワイヤ17、導電層18及び導電線19を介して、上側チップ14に接続される。
尚、凸部20の一部には、キャビティCAが設けられているため、ボンディングワイヤ17による導電層16,18の結合が可能になっている。
C. まとめ
第1実施の形態によれば、下側チップは、上側チップのリードとしての導電層を有するため、システムインパッケージ装置の高性能化を図ることができる。
(2) 第2実施の形態
A. 構造
図5は、第2実施の形態に係るシステムインパッケージ装置を示している。図6は、図5のVI−VI線に沿う断面図である。
パッケージ基板11の一面側には、アレイ状の複数の外部端子12が配置される。本例では、複数の外部端子12をバンプとしているが、これに限られず、例えば、ピン、パッドなどであってもよい。
パッケージ基板11の他面側には、下側チップ13が配置される。下側チップ13は、例えば、ロジックチップである。下側チップ13の裏面は、接着剤によりパッケージ基板11の他面に結合される。
下側チップ13上には、上側チップ14が配置される。上側チップ14は、下側チップ13とは異なる機能を有するチップ、例えば、インターフェイスチップである。
下側チップ13と上側チップ14の間には、アレイ状の複数のバンプ(例えば、直径が100μm以下のマイクロバンプ)15が配置される。
ここで、上側チップ14は、下側チップ13に対してフリップチップボンディングされるため、下側チップ13の表面と上側チップ14の表面とは互いに対向している。
また、上側チップ14のサイズは、下側チップ13のサイズよりも小さいため、上側チップ14の表面は、パッケージ基板11の上部からみて、完全に隠れた状態になっている。
しかし、本例では、外部端子12に入力される信号は、上側チップ14を経由して下側チップ13に入力される。また、信号は、下側チップ13から上側チップ14を経由して外部端子12に転送され、パッケージの外部に出力される。
即ち、上側チップ14は、そのチップを貫通するスルーホール21と、そのチップの裏面に配置される導電層16とを有する。また、パッケージ基板11は、導電層18と、複数の外部端子12のうちの1つ及び導電層18を接続する導電線19とを有する。さらに、ボンディングワイヤ17は、導電層16,18を互いに接続する。
これにより、信号端子としての外部端子12は、導電層16、ボンディングワイヤ17、導電層18、導電線19及びスルーホール21を介して、上側チップ14に接続される。
B. 変形例
図7は、第2実施の形態の変形例に係るシステムインパッケージ装置を示している。図8は、図7のVIII−VIII線に沿う断面図である。
この変形例の特徴は、アレイ状の複数の外部端子12をパッケージ基板11の他面側に配置した点にある。これに伴い、図5及び図6の構造の一部が変更される。
パッケージ基板11の一面側には、ヒートスプレッダー31が配置される。この変形例によれば、パッケージ基板11の一面側に大きなヒートスプレッダー31を配置できるメリットがある。
パッケージ基板11の他面側の縁に沿って凸部(パッケージ基板)20が配置される。この凸部20は、接着剤によりパッケージ基板11に結合される。
凸部20上には、アレイ状の複数の外部端子12が配置される。
パッケージ基板11の他面側の中央には、下側チップ13が配置される。下側チップ13の裏面は、接着剤によりパッケージ基板11の他面に結合される。
下側チップ13上には、上側チップ14が配置される。上側チップ14は、下側チップ13とは異なる機能を有するチップである。
下側チップ13と上側チップ14の間には、アレイ状の複数のバンプ15が配置される。
ここで、上側チップ14は、下側チップ13に対してフリップチップボンディングされるため、図5及び図6の構造と同様に、下側チップ13の表面と上側チップ14の表面とは互いに対向している。
また、上側チップ14のサイズは、下側チップ13のサイズよりも小さいため、上側チップ14の表面は、パッケージ基板11の上部からみて、完全に隠れた状態になっている。
しかし、図5及び図6の構造と同様に、外部端子12に入力される信号は、上側チップ14を経由して下側チップ13に入力される。また、信号は、下側チップ13から上側チップ14を経由して外部端子12に転送され、パッケージの外部に出力される。
即ち、上側チップ14は、そのチップを貫通するスルーホール21と、そのチップの裏面に配置される導電層16とを有する。また、パッケージ基板11は、導電層18を有し、ボンディングワイヤ17は、導電層16,18を互いに接続する。さらに、凸部20は、複数の外部端子12のうちの1つ及び導電層18を接続する導電線19を有する。
これにより、信号端子としての外部端子12は、導電層16、ボンディングワイヤ17、導電層18、導電線19及びスルーホール21を介して、上側チップ14に接続される。
尚、凸部20の一部には、キャビティCAが設けられているため、ボンディングワイヤ17による導電層16,18の結合が可能になっている。
C. まとめ
第2実施の形態によれば、上側チップは、そのチップを貫通するスルーホールと、そのチップの裏面に配置される導電層とを有するため、システムインパッケージ装置の高性能化を図ることができる。
また、第2実施の形態は、第1実施の形態と比べると、スルーホールを設ける分だけコストが増加する一方、下側チップに上側チップのリードとしての導電層を設ける必要がないため、下側チップのサイズを縮小できるメリットがある。
(3) 第3実施の形態
A. 構造
図9は、第3実施の形態に係るシステムインパッケージ装置を示している。図10は、図9のX−X線に沿う断面図である。
パッケージ基板11の一面側には、アレイ状の複数の外部端子12が配置される。本例では、複数の外部端子12をバンプとしているが、これに限られず、例えば、ピン、パッドなどであってもよい。
パッケージ基板11の他面側の縁に沿って凸部(パッケージ基板)20が配置される。この凸部20は、接着剤によりパッケージ基板11に結合される。
尚、凸部20は、パッケージ基板11の中央に凹部を設けることにより形成することも可能である。
パッケージ基板11の他面側の中央には、下側チップ13が配置される。下側チップ13は、例えば、ロジックチップである。下側チップ13の裏面は、接着剤によりパッケージ基板11の他面に結合される。
下側チップ13の上面は、凸部20の上面とほぼ一致している。
下側チップ13上及び凸部20上には、両者に跨るように上側チップ14が配置される。上側チップ14は、下側チップ13とは異なる機能を有するチップ、例えば、インターフェイスチップである。
下側チップ13と上側チップ14の間には、アレイ状の複数のバンプ(例えば、直径が100μm以下のマイクロバンプ)15が配置される。また、凸部20と上側チップ14の間には、アレイ状の複数のバンプ(例えば、直径が100μmを越える通常のフリップチップバンプ)22が配置される。
複数の外部端子12のうちの1つは、信号端子である。
本例では、この信号端子に入力される信号は、上側チップ14を経由して下側チップ13に入力される。また、信号は、下側チップ13から上側チップ14を経由して信号端子に転送され、パッケージの外部に出力される。
即ち、凸部20は、導電層18を有し、信号端子としての1つのバンプ22は、この導電層18に接続される。また、パッケージ基板11及び凸部20は、複数の外部端子12のうちの1つ及び導電層18を接続する導電線19を有する。
これにより、信号端子としての外部端子12は、導電層18、導電線19及びバンプ22を介して、上側チップ14に接続される。
B. 第1変形例
図11は、第3実施の形態の第1変形例に係るシステムインパッケージ装置を示している。図12は、図11のXII−XII線に沿う断面図である。
この第1変形例の特徴は、アレイ状の複数の外部端子12をパッケージ基板11の他面側に配置した点にある。これに伴い、図9及び図10の構造の一部が変更される。
パッケージ基板11の一面側には、ヒートスプレッダー31が配置される。この第1変形例によれば、パッケージ基板11の一面側に大きなヒートスプレッダー31を配置できるメリットがある。
パッケージ基板11の他面側の縁に沿って凸部(パッケージ基板)20A,20Bが配置される。この凸部20A,20Bは、接着剤によりパッケージ基板11に結合される。
尚、凸部20Aについては、パッケージ基板11の中央に凹部を設けることにより形成することも可能である。
凸部20B上には、アレイ状の複数の外部端子12が配置される。
パッケージ基板11の他面側の中央には、下側チップ13が配置される。下側チップ13の裏面は、接着剤によりパッケージ基板11の他面に結合される。
下側チップ13上及び凸部20A上には、両者に跨がるように上側チップ14が配置される。凸部20Aの一部は、上側チップ14を配置できるように、凸部20Bには覆われていない。また、下側チップ13の上面は、凸部20Aの上面とほぼ一致している。
上側チップ14は、下側チップ13とは異なる機能を有するチップである。
下側チップ13と上側チップ14の間には、アレイ状の複数のバンプ15が配置される。また、凸部20Aと上側チップ14の間には、アレイ状の複数のバンプ22が配置される。
また、図9及び図10の構造と同様に、外部端子12に入力される信号は、上側チップ14を経由して下側チップ13に入力される。また、信号は、下側チップ13から上側チップ14を経由して外部端子12に転送され、パッケージの外部に出力される。
即ち、凸部20Aは、導電層18を有し、信号端子としての1つのバンプ22は、この導電層18に接続される。また、凸部20A,20Bは、複数の外部端子12のうちの1つ及び導電層18を接続する導電線19を有する。
これにより、信号端子としての外部端子12は、導電層18、導電線19及びバンプ22を介して、上側チップ14に接続される。
尚、第1変形例において、パッケージ基板11を省略することも可能である。この場合、ヒートスプレッダー31上に、直接、下側チップ13及び凸部(パッケージ基板)20A,20Bが搭載される。
C. 第2変形例
図13は、第3実施の形態の第2変形例に係るシステムインパッケージ装置を示している。
この第2変形例の特徴は、図9及び図10の構造と比べると、下側チップ13及び凸部20上に、複数の上側チップ14A,14B,14C,14Dを配置した点にあり、その他については、図9及び図10の構造と同じである。
本例では、下側チップ13の1つの辺に1つずつ、合計、4つの上側チップ14A,14B,14C,14Dを配置している。但し、本例に限られず、上側チップの数は、2つ以上であればよい。
上側チップ14A,14B,14C,14Dの各々は、図9及び図10の構造における上側チップ14と同じ特徴を有する。
即ち、バンプ15A,15B,15C,15Dは、下側チップ13と上側チップ14A,14B,14C,14Dとの間に配置され、バンプ22A,22B,22C,22Dは、凸部20と上側チップ14A,14B,14C,14Dとの間に配置される。
また、外部端子12に入力される信号は、上側チップ14A,14B,14C,14Dのうちの1つを経由して下側チップ13に入力される。また、信号は、下側チップ13から上側チップ14A,14B,14C,14Dのうちの1つを経由して外部端子12に転送され、パッケージの外部に出力される。
上側チップ14A,14B,14C,14Dの機能は、全て同じでも、又は、互いに異なっていてもよい。
例えば、上側チップ14Aは、高速インターフェイスチップとし、残りの3つの上側チップ14B,14C,14Dは、通常のCMOSインターフェイスチップとすることができる。
D. まとめ
第3実施の形態によれば、上側チップは、下側チップ上及びパッケージ基板の凸部上に跨って配置されるため、システムインパッケージ装置の高性能化を図ることができる。
3. 適用例
本発明の例は、高速通信システムに適用できる。
例えば、第1乃至第3実施の形態における下側チップをロジックチップとし、上側チップをインターフェイスチップとした場合、ロジックチップに対する信号の入出力を、インターフェイスチップを介して行うことにより高速通信を可能にできる。
インターフェイスチップとしては、SerDes(シリアライザ/デシリアライザ)I/Oチップなどがある。
この場合、例えば、シリアルデータが外部バスから外部端子を経由して上側チップに入力される。上側チップ内では、シリアルデータをパラレルデータに変換する処理が行われ、パラレルデータは、下側チップに出力される。
また、例えば、パラレルデータが下側チップから上側チップに入力される。上側チップ内では、パラレルデータをシリアルデータに変換する処理が行われ、シリアルデータは、外部端子を経由して外部バスに出力される。
4. むすび
本発明によれば、バンプを介して互いにスタックされた2つのチップを有するシステムインパッケージ装置の高性能化を図ることができる。
本発明の例は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、各構成要素を変形して具体化できる。また、上述の実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を構成できる。例えば、上述の実施の形態に開示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよいし、異なる実施の形態の構成要素を適宜組み合わせてもよい。
第1実施の形態に係るSIPを示す平面図。 図1のII−II線に沿う断面図。 第1実施の形態の変形例に係るSIPを示す平面図。 図3のIV−IV線に沿う断面図。 第2実施の形態に係るSIPを示す平面図。 図5のVI−VI線に沿う断面図。 第2実施の形態の変形例に係るSIPを示す平面図。 図7のVIII−VIII線に沿う断面図。 第3実施の形態に係るSIPを示す平面図。 図9のX−X線に沿う断面図。 第3実施の形態の第1変形例に係るSIPを示す平面図。 図11のXII−XII線に沿う断面図。 第3実施の形態の第2変形例に係るSIPを示す平面図。
符号の説明
11: パッケージ基板、 12: 外部端子、 13: 下側チップ、 14,14A,14B,14C,14D: 上側チップ、 15,22: バンプ、 16,18: 導電層、 17: ボンディングワイヤ、 19: 導電線、 20,20A,20B: 凸部、 21: スルーホール、 31: ヒートスプレッダー。

Claims (5)

  1. パッケージ基板と、前記パッケージ基板の一面側又は他面側に配置される外部端子と、前記パッケージ基板の他面側に配置される第1チップと、前記第1チップ上に配置される第2チップと、前記第1チップと前記第2チップとの間に配置される複数のバンプとを具備し、前記外部端子に入力される信号は、前記第2チップを経由して前記第1チップに入力されることを特徴とするシステムインパッケージ装置。
  2. 前記第1チップは、導電層を有し、前記信号は、前記導電層を介して前記第2チップ内のロジック回路に入力されることを特徴とする請求項1に記載のシステムインパッケージ装置。
  3. 前記第2チップは、スルーホールと、前記複数のバンプが配置される側とは反対側の面に配置される導電層とを有し、前記信号は、前記導電層及び前記スルーホールを介して前記第2チップ内のロジック回路に入力されることを特徴とする請求項1に記載のシステムインパッケージ装置。
  4. パッケージ基板と、前記パッケージ基板の一面側又は他面側に配置される外部端子と、第1チップと、前記第1チップ上及び前記パッケージ基板上に跨って配置される第2チップと、前記第1チップと前記第2チップとの間に配置される第1バンプと、前記パッケージ基板と前記第2チップとの間に配置される第2バンプとを具備し、前記外部端子に入力される信号は、前記第2チップを経由して前記第1チップに入力されることを特徴とするシステムインパッケージ装置。
  5. 前記第2チップのサイズは、第1チップのサイズよりも小さいことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のシステムインパッケージ装置。
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