JP2012502470A - ビアを介して電力供給及び接地されるパッケージ - Google Patents

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Abstract

前面及び反対側の背面を有する基板を備えたワイヤボンド設計の集積回路。回路機構は前面上に配置される。導電性ビアが前面から背面へと基板を貫いて配置され、導電性ビアが電力及び接地の供給を回路機構のみに提供するように回路機構に電気的に接続される。ボンディングパッドは前面上に配置され、ボンディングパッドが信号通信を回路機構のみに提供するよう、回路機構に電気的に接続される。

Description

本発明は、集積回路の分野に関する。特に、本発明は集積回路のためのパッケージに関するものである。
図１に示すように、ワイヤボンド集積回路１４において、ボンディングパッド２２は該回路１４のチップの周辺エッジに位置している。ボンディングパッド２２は、電力供給のためのパッド、接地のためのパッド、及び信号接続のためのパッドを備えているのが通常である。集積回路１４は、パッケージ基板１２に取り付けられているのが通常であり、集積回路１４とパッケージ基板１２との間には、ワイヤボンド接続が形成されている。したがって、パッケージ基板１２も、ワイヤボンド接続のためのボンディング構造２４を有している。集積回路１４上の電力供給接続及び接地接続からのボンディングワイヤは、ダイ-アタッチ-パッド２０と称されるパッケージ基板１２の集積回路１４が取り付けられている部分を周回する電力リング１６及び接地リング１８に接続されるのが通常である。
本明細書において使用される用語で、「集積回路」は、モノリシックの半導体基板上に形成されるようなデバイス、たとえばシリコン又はゲルマニウム等のIV族材料、又はガリウムヒ素等のIII-V族化合物、又はこれらの材料を混合したもので形成されたデバイスを含む。この用語は、メモリ及び論理回路等の形成される全てのタイプのデバイス、並びにＭＯＳ及びバイポーラ等の全ての設計を含む。この用語はまた、フラットパネルディスプレイ、太陽電池、及び電荷結合素子等の応用を包含する。
集積回路１４上の電力パッド及び接地パッド２２は、かなり広いスペースを占めている。信号パッド：電力パッド：接地パッドの比率が４：１：1であるような設計では、電力パッド及び接地パッド２２が、集積回路１４上のボンディングパッド２２の１／３を占めており、したがってチップ１４のサイズをかなり増大させている。
集積回路技術が発展するにつれ、ますます多くのトランジスタ及び他のデバイスが、より小さなスペースに組み込まれるようになっている。任意の集積回路において、デバイスの数が増加するということは、ボンディングパッド２２の数を増加させる必要があることを意味し、それはデバイス自体がより小さいチップサイズで収容できる場合であっても、追加的なボンディングパッド２２を収容するためにはより大きなチップサイズが必要となることを示している。これは、集積回路１４のチップサイズを絶えず低減すべきという一般的な市場の要求に反している。
パッケージ基板１２上の電力リング１６及び接地リング１８、並びに集積回路１４上の電力パッド及び接地パッド２２によって、集積回路１４及びパッケージ基板１２のどちらのサイズにおいても、はるかに費用がかかることになる集積回路の製造及びパッケージの組立における多大な追加工程に挑むことなしに、サイズを低減することが非常に難しくなっている。
ボンディングパッド２２及びボンディングフィンガ２４のために必要なスペースを低減する一つ方法は、ボンディングパッド２２間のピッチを低減し、且つフィンガ２４間のピッチを低減することである。しかし、これらのピッチは、ボンディング工程の力学的考察を行う前及びボンディングワイヤが埋め込まれる前でのみ、大きく低減することができる。別の方法は、ワイヤボンディングパッケージ１０からフリップチップパッケージに切り替えることである。しかし、フリップチップパッケージは、ワイヤパッケージよりも高価であるのが通常である。
したがって、上述したような問題の少なくとも一部を克服するシステムが求められている。
前面及び反対側の背面をもつ基板を有するワイヤボンド設計の集積回路によって、上記の及び他のニーズは達成される。回路機構は、前面に配置される。導電性ビアは、基板を貫いて前面から背面へ配置されており、導電性ビアが回路機構にのみ電力供給及び接地接続を提供するよう、回路機構に電気的に接続されている。ボンディングパッドは、前面に配置されており、ボンディングパッドが回路機構にのみ信号通信を提供するように回路機構に電気的に接続されている。
このようにして、従来の集積回路の設計では電力接続及び接地接続に使用されていたボンディングパッドが全て排除され、集積回路内ではるかに少ないスペースを必要とする導電性ビアに置き換えられている。導電性ビアは基板の背面に電気接続をするので、基板の前面上の表面領域は、電力接続及び接地接続のためにはほとんど使用されない。したがって、集積回路をはるかに小型化することも、又はより多数のボンディングパッドを収容するようにすることも可能となる。
本発明のこの様態によるさまざまな実施形態では、導電性ビアは、基板の中央位置及び基板の角位置の少なくとも１つにのみ配置される。いくつかの実施形態では、導電性ビアのそれぞれは、前面から背面への単一の垂直ボアを備えている。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの導電性ビアが基板の角の位置に配置され、基板が単一化された場合には、少なくとも１つの導電性ビアの元のサイズの１／４のみが基板に残されるようになっている。
本発明の別の様態によれば、前面及び背面を有したワイヤボンド設計のパッケージ基板であって、基板の前面上にはダイ-アタッチ-パッド（ダイ取付パッド）が配置されており、ダイ-アタッチ-パッドは、導電性表面にほぼ覆われている状態の基板が説明されている。導電性表面は、少なくとも１つの電力表面及び少なくとも１つの接地表面を備えている。導電性ボンディングフィンガは、前面上のダイ-アタッチ-パッドの外側に配置されており、電気接続は背面に配置されている。導電性トレースは、前面及び背面の間に配置されており、前面のボンディングフィンガ及び導電性表面を、背面の電気接続に電気的に接続している。
本発明のこの様態によるさまざまな実施形態では、少なくとも１つの電力表面(surface)は４つの電力表面であり、４つの電力表面のそれぞれが、ダイ-アタッチ-パッドの４つの角の位置のそれぞれに配置されている。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの接地表面は、ダイ-アタッチ-パッドの中央の少なくとも一部分に配置された唯一の接地表面を備えている。いくつかの実施形態では、ダイ-アタッチ-パッドは、パッケージ基板が収容する集積回路とほぼ同じ大きさである。
本発明のさらに別の様態によれば、上述したワイヤボンド設計の集積回路と、上述したワイヤボンド設計のパッケージ基板であって、ワイヤボンド設計のパッケージ基板の導電性表面がワイヤボンド設計の集積回路の導電性ビアと電気接続をする基板と、ボンディングパッド及びボンディングフィンガ間に電気接続を形成する導電性ボンディングワイヤと、を有するパッケージ化された集積回路が説明されている。
本発明のさらなる利点は、発明の詳細な説明を図面とともに参照することで明らかになるであろう。図面は、細部をより明瞭に示すためにスケールしていない。また、複数の図面を通して同じ番号は同じ要素を示している。
ダイ-アタッチ-パッド、電力リング及び接地リング、並びにボンディングフィンガが示された、従来技術によるパッケージ基板の図である。 導電性ビアに関する３つの位置、及び信号接続のためのボンディングパッドが示された、本発明の一実施形態に係る集積回路の図である。 より小型のダイ-アタッチ-パッド及びより多数のボンディングフィンガが示された、本発明の一実施形態に係る、電力リング及び接地リングのいずれも有していないパッケージ基板の図である。 ワイヤボンド接続を介したパッケージ基板への信号接続と、集積回路の背面上の導電性ビアを介した電力接続及び接地接続とを有する集積回路を示した、本発明の一実施形態に係るパッケージ化された集積回路の断面図である。
図２を参照すると、本発明の実施形態によれば、集積回路１４は、集積回路１４の中央又は角などの、チップ１４の１又は複数の位置に配置されているシリコン貫通ビア（ＴＳＶ）２６を用いて製造されている。角の位置のＴＳＶ２６aは、チップ１４の周辺エッジ内に完全に入っているか、又は、集積回路１４が単一化されるとＴＳＶ２６ｂが１／４にカットされるよう配置されて、ＴＳＶ２６ｂが４つの集積回路１４（共通の角の位置を共有している４つ）の回路機構によって共有できるようにし、単一化された場合に４つの別個の集積回路１４になるようにするか、のいずれであってもよい。
ＴＳＶ２６は、集積回路１４の上側表面上に配置された回路機構から、集積回路１４がその上に形成される基板背面への導電性経路を提供する。本発明によれば、電力接続及び接地接続のみがＴＳＶ２６を通じてルーティング出力(routed out)されるので、電力及び接地のいずれのボンディングパッド２２も集積回路１４上にある必要がない。したがって、電力及び接地のボンディングパット２２のために使用されていたスペースは全て、チップ１４をより小型化すること、信号接続のためのボンディングパッド２２の数を増やすこと、集積回路１４内のデバイスの数を増やすこと、又は上記の全てを組み合わせること等の、別の用途に解放される。
図３に示すように、パッケージ基板１２は設計変更され、パッケージ基板１２のダイ-アタッチ-パッド２０にあるＴＳＶ２６の下には導電性表面２８及び３０が配置されている。いくつかの実施形態では、導電性表面２８及び３０は、ＴＳＶ２６にアライメント（整列）することができ、ＴＳＶ２６よりも大幅に大きいものではない。ここでＴＳＶ２６は、チップ１４がパッケージ基板１２に取り付けられている場合に、導電性表面２８及び３０と電気的に接触する。しかしながら、他の実施形態では、パッケージ基板１２のダイ-アタッチ-パッド２０のほぼ全表面が、導電性表面２８及び３０のパターンに変更されており、これによってパッケージ基板１２上への集積回路１４のアラインメントがはるかに注意を要しなくてすむものになっている。
導電性表面２８及び３０は、電力供給及び接地、又は異なる電圧の電力等を交差させないようにするために、電気的に隔離されているのが好ましい。ダイ-アタッチ-パッド２０のより広い部分をこのように用いることで、単一のパッケージ基板１２は異なるサイズの集積回路１４、もしくは異なるＴＳＶ２６を有する集積回路１４を収容することができる。導電性表面２８及び３０並びにボンディングフィンガ２４は、パッケージ基板１２のもう一方の面上の電気接続に接続される。
チップ１２に関して上述したことと同様に、電力１６及び接地１８のためのボンディングリングも、パッケージ基板１２から排除して、パッケージ基板１２の表面上の利用可能なスペースの量を増大させることができる。電力リング１６及び接地リング１８が排除されると、信号接続のためのボンディングフィンガ２４をダイ-アタッチ-パッド２０の方にもって来ることができ、パッケージ基板１２の周辺エッジに追加的なスペースを作成することができる。この追加的なスペースは、パッケージ基板１２を小型化すること、信号ルーティングに使用可能なボンディングフィンガ２４の数を増加させること（ボンディングフィンガ２４の追加的なリングを追加することによって等）、又はこの２つの組み合わせることのために、使用することができる。
集積回路１４も小型化できることにより、ダイ-アタッチ-パッド２０のサイズを低減するので、小型化されたパッケージ基板１２上に取り付けられた小型化された集積回路１４の全体的なサイズを、劇的に低減することができる。さらに、ボンディングフィンガ２４を集積回路１４のより近くに移動することで、ワイヤボンドに必要とされるワイヤの量を低減し、よって接続の電気的性能を向上するとともに所与のパッケージ化された集積回路１０によって必要とされるワイヤのためのコストを低減する。電力及び接地の接続がより短いことで、熱放散を向上し、かつ高度な集積回路技術によって生成されるより大きな電力の処理を向上させることにもなる。
次に図４を参照すると、ワイヤボンド接続３０を通じたパッケージ基板１２への信号接続と、集積回路１４の背面上の導電性ビア２６を通じたパッケージ基板１２への電力接続及び接地接続とを有する、本発明の一実施形態に係るパッケージ化された集積回路１０の断面図が示されている。電力接続及び接地接続は、ＴＳＶ２６と導電性表面２８及び３０との間に配置された異方導電性エポキシ３４によって等で形成することができる。また図４には、パッケージ基板１２の前面と背面との間に配置された導電性トレース３８が示されている。ボールボンド（図示あり）及びピン（不図示）等のパッケージ接続４０が、本発明の種々の実施形態には設けられている。
集積回路１４は、エポキシのアンダーフィル材料３６によって等で、パッケージ基板１２のダイ-アタッチ-パッド２０に取り付けられる。エポキシ等のカプセル材料は、集積回路１４をパッケージ基板１２に封入し、かつ集積回路１４及びボンディングワイヤ３０を保護するために用いられる。一実施形態では、電力接続は、４４で示されているパッケージ基板１２のエッジすなわち角に至って終わり、接地接続は、４２で示されているパッケージ基板１２の中央に至って終わる。
この発明の好適な実施形態に関する前述の説明は、例示及び説明の目的で公開されたものである。これは完全なものではない、すなわち開示されたまさにその形態に限定するものではない。上述の教示に照らせば明らかな修正形態又は変更形態が可能である。公開された実施形態は、本発明の原理及びその実用化の最良の説明を提供し、かつそれにより、当業者が予定している特定の用途に適合するような、多様な実施形態及び修正形態で本発明を利用できるようにすることを目指して、選択かつ記述されている。このような修正形態及び変更形態の全ては、適正、合法的、公正に権利を与えられる範囲にしたがって解釈されれば、添付の特許請求の範囲によって決定される本発明の範囲内に入るものである。

Claims (15)

  1. ワイヤボンド設計の集積回路であって、
    前面及び反対側の背面を有する基板と、
    前面上に配置された回路機構と、
    前面から背面に基板を貫いて配置される導電性ビアであって、回路機構のみに電力供給及び接地供給を提供するように回路機構に電気的に接続された導電性ビアと、
    前面上に配置されたボンディングパッドであって、回路機構のみに信号通路を提供するように回路機構に電気的に接続された、ボンディングパッドと
    を備えることを特徴とするワイヤボンド設計の集積回路。
  2. 請求項１記載のワイヤボンド設計の集積回路において、導電性ビアは、基板の中央位置及び基板の角の位置の少なくとも１つにのみ配置されることを特徴としたワイヤボンド設計の集積回路。
  3. 請求項１記載のワイヤボンド設計の集積回路において、導電性ビアの各々は、前面から背面への単一の垂直ボアを備えることを特徴とするワイヤボンド設計の集積回路。
  4. 請求項１記載のワイヤボンド設計の集積回路において、少なくとも１つの導電性ビアは、基板が単一化される場合には、少なくとも１つの導電性ビアの元のサイズの４分の１のみが基板に残されるよう、基板の角の位置に配置されることを特徴とするワイヤボンド設計の集積回路。
  5. ワイヤボンド設計のパッケージ基板であって、
    前面及び背面を有する基板と、
    基板の前面上に配置されたダイ-アタッチ-パッドであって、導電性表面にほぼ覆われており、導電性表面が少なくとも１つの電力表面及び少なくとも１つの接地表面を備えている、ダイ-アタッチ-パッドと、
    前面上のダイ-アタッチ-パッドの外側に配置された導電性ボンディングフィンガと、
    背面上に配置された電気接続と、
    前面と背面との間に配置された導電性トレースであって、前面上のボンディングフィンガ及び導電性表面を、背面上の電気接続に電気的に接続している導電性トレースと
    を備えることを特徴とするワイヤボンド設計のパッケージ基板。
  6. 請求項５記載のワイヤボンド設計のパッケージ基板において、少なくとも１つの電力表面は、４つの電力表面を備えており、４つの電力表面のそれぞれ１つがダイ-アタッチ-パッドの４つの角の位置のそれぞれ１つに配置されていることを特徴とするワイヤボンド設計のパッケージ基板。
  7. 請求項５記載のワイヤボンド設計のパッケージ基板において、少なくとも１つの接地表面は、ダイ-アタッチ-パッドの中央の少なくとも一部分に配置された唯一の接地表面を備えることを特徴とする、ワイヤボンド設計のパッケージ基板。
  8. 請求項５記載のワイヤボンド設計のパッケージ基板において、ダイ-アタッチ-パッドは、該パッケージ基板が収容する集積回路とほぼ同じ大きさであることを特徴とするワイヤボンド設計のパッケージ基板。
  9. パッケージ化された集積回路において、
    ワイヤボンド設計の集積回路であって、
    前面及び反対側の背面を有する集積回路基板と、
    集積回路基板の前面上に配置された回路機構と、
    集積回路基板の前面から背面に集積回路基板を貫いて配置される導電性ビアであって、回路機構のみに電力供給及び接地供給を提供するように回路機構に電気的に接続された導電性ビアと、
    集積回路基板の前面上に配置されたボンディングパッドであって、回路機構のみに信号通信を提供するように回路機構に電気的に接続されたボンディングパッドと
    を備えるワイヤボンド設計の集積回路と、
    ワイヤボンド設計のパッケージ基板であって、
    前面及び背面を有するパッケージ基板と、
    パッケージ基板の前面上に配置されたダイ-アタッチ-パッドであって、導電性表面にほぼ覆われており、導電性表面は少なくとも１つの電力表面及び少なくとも１つの接地表面を備えており、ここで該ワイヤボンド設計のパッケージ基板の導電性表面が、該ワイヤボンド設計の集積回路の導電性ビアと電気接続をなしている、ダイ-アタッチ-パッドと、
    パッケージ基板の前面上のダイ-アタッチ-パッドの外側に配置された導電性ボンディングフィンガと、
    パッケージ基板の背面上に配置された電気接続と、
    パッケージ基板の前面とパッケージ基板の背面との間に配置された導電性トレースであって、パッケージ基板の前面上のボンディングフィンガ及び導電性表面を、パッケージ基板の背面上の電気接続に電気的に接続している導電性トレースと、
    ボンディングパッドとボンディングフィンガの間に電気接続を形成する導電性ボンディングワイヤと
    を備えるワイヤボンド設計のパッケージ基板と
    を備えることを特徴とするパッケージ化された集積回路。
  10. 請求項９記載のパッケージ化された集積回路において、導電性ビアは、集積回路基板の中央位置及び集積回路基板の角位置の少なくとも１つにのみ配置されることを特徴とするパッケージ化された集積回路。
  11. 請求項９記載のパッケージ化された集積回路において、導電性ビアの各々が、集積回路基板の前面から集積回路基板の背面への単一の垂直ボアを備えることを特徴とするパッケージ化された集積回路。
  12. 請求項９記載のパッケージ化された集積回路において、少なくとも１つの導電性ビアは、集積回路基板が単一化される場合に、少なくとも１つの導電性ビアの元のサイズの４分の１のみが集積回路基板に残されるように、集積回路基板の角の位置に配置されることを特徴とするパッケージ化された集積回路。
  13. 請求項９記載のパッケージ化された集積回路において、少なくとも１つの電力表面は４つの電力表面であり、４つの電力表面のそれぞれがダイ-アタッチ-パッドの４つの角位置のそれぞれに配置されていることを特徴とするパッケージ化された集積回路。
  14. 請求項９記載のパッケージ化された集積回路において、少なくとも１つの接地表面は、ダイ-アタッチ-パッドの中央の少なくとも一部分に配置された唯一の接地表面を備えることを特徴とするパッケージ化された集積回路。
  15. 請求項９記載のパッケージ化された集積回路において、ダイ-アタッチ-パッドは、ワイヤボンド設計の集積回路とほぼ同じ大きさであることを特徴とするパッケージ化された集積回路。
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