JP2016115751A - 半導体パッケージ - Google Patents
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Abstract
【目的】半導体チップと配線基板とを含む半導体パッケージ自体のサイズを大きくすることなく十分な放熱を行うことが可能な半導体パッケージを提供することを目的とする。【構成】半導体チップの表面上における高熱領域の周囲に放熱用のバンプ電極を設け、この半導体チップが実装されている配線基板に形成されているリード線と、この放熱用のバンプ電極とを中継線を介して接続することにより、高熱領域専用の放熱ルートを形成する。【選択図】図1
Description
本発明は、半導体チップと配線基板とからなる半導体パッケージに関する。
現在、ポリイミド等からなるフィルム状の配線回路基板上に、液晶表示パネル用のドライバ回路(以降、液晶ドライバ回路と称する)が形成されている半導体チップが実装されている半導体パッケージとして、COF(Chip On Film)パッケージが知られている(例えば、特許文献1参照)。
また、近年、液晶表示パネルの大画面化及び高精細化に対応させる為に、液晶ドライバ回路としては高速・大容量駆動が要求され、半導体チップの高熱化を招いていた。
半導体チップで発生した熱は、この半導体チップに形成されているバンプ電極、及びこのバンプ電極に接続されているリード配線を介して放熱される。ここで、半導体チップに形成されている複数の機能素子各々のなかには、電流消費量が大きく、他の機能素子よりも高熱を発生するものが存在する場合がある。
よって、半導体チップ内において高熱を発生する機能素子が形成される位置、及びバンプ電極各々が形成される位置によっては、この高熱を発生する機能素子からの熱を効率良く放熱できない場合があった。
そこで、放熱対策として、半導体チップのサイズを大きくして熱抵抗を下げる、又はCOFパッケージ自体を大きくすることでリード配線の面積を増やす等の処置を取ることが考えられる。
しかしながら、上記のような熱対策を施す為にはCOFパッケージを大型化しなければならないのでコスト高を招くという問題が生じる。
そこで、本発明は、半導体パッケージ自体のサイズを大きくすることなく十分な放熱を行うことが可能な半導体パッケージを提供することを目的とする。
本発明に係る半導体パッケージは、第1のバンプ電極が表面に形成されている半導体チップと、前記第1のバンプ電極に接続されるリード線が形成されている配線基板と、を含む半導体パッケージであって、前記半導体チップの表面上において、前記半導体チップの動作時に所定の閾値よりも高温となる高熱領域の周囲に、少なくとも1の第2のバンプ電極が形成されており、前記配線基板には、前記第2のバンプ電極と前記リード線とを電気的に接続する中継線が形成されている。
本発明は、半導体チップの表面上における高熱領域の周囲に放熱用のバンプ電極を設け、この半導体チップが実装されている配線基板に形成されているリード線と、この放熱用のバンプ電極とを中継線を介して接続することにより、高熱領域専用の放熱ルートを形成する。これにより、半導体チップと配線基板とを含む半導体パッケージ自体のサイズを大きくすることなく十分な放熱を行うことが可能となる。
図1は、本発明に係る半導体パッケージとしてのCOFパッケージ100を上方から眺めた透視図である。
COFパッケージ100は、半導体IC(Integrated Circuit)チップ10と、ポリイミド樹脂等からなるフィルム状のフレキシブル配線基板20とを含む。半導体ICチップ10はフレキシブル配線基板20に実装されている。尚、図1では、半導体ICチップ10をフレキシブル配線基板20に実装した際の接合面である半導体ICチップ10側の表面と、フレキシブル配線基板20側の表面とを重ねて表している。
半導体ICチップ10には、例えば 液晶表示パネルを駆動する液晶ドライバ回路が形成されている。半導体ICチップ10の表面には、電源電圧及び複数の入力信号を外部から受け入れ、液晶ドライバ回路から出力された出力信号を外部に導出する為の第1のバンプ電極として複数のバンプ電極30が形成されている。
更に、半導体ICチップ10の表面上において、半導体ICチップ10の動作時の温度が所定の閾値を超える高熱領域HA(一点鎖線に囲まれた領域)の周囲には、少なくとも1つの第2のバンプ電極として、放熱用バンプ電極50が形成されている。尚、図1に示す実施例では、高熱領域HAを囲む形で2つの放熱用バンプ電極50が、半導体ICチップ10の表面に設けられているが、半導体ICチップ10の表面上において各バンプ電極30よりも高熱領域HAに近い位置で、この高熱領域HAを囲むように3つ以上の放熱用バンプ電極50を形成するようにしても良い。また、放熱用バンプ電極50は、半導体ICチップ10内においてこの半導体ICチップ10に形成されている回路、例えば液晶ドライバ回路とは電気的に接続されていない金属バンプである。
ここで、高熱領域HAは、半導体ICチップ10に形成されている複数の素子のうちで、電流消費量が高いが故に高熱を発する素子、例えば液晶ドライバ回路におけるガンマバッファ等が形成されている領域である。ガンマバッファは、画像のガンマ特性に沿った階調電圧の基準となる基準電圧を増幅するものである。ガンマバッファによって増幅された基準電圧はラダー抵抗によって複数の階調電圧に分圧される。よって、ガンマバッファは、ラダー抵抗による比較的高い抵抗値を負荷としている為、電流駆動能力が高く、それ故に発熱量が大となる。
図2は、図1に示すW−W線での半導体ICチップ10の断面を示す断面図である。図2に示すように、半導体ICチップ10は、nチャネルMOS(Metal Oxide Semiconductor)型のトランジスタQN及びpチャネルMOS型のトランジスタQPが複数形成されている半導体基板SUBと、4層に積層された例えばアルミニューム等からなる金属電極層MET1〜MET4と、を有する。金属電極層MET1〜MET4の各々は、例えばSiO2等からなる絶縁層IRによって覆われている。尚、金属電極層MET1〜MET4のうちで互いに隣接するもの同士は、図2に示すように、絶縁層IRを貫通するビアVAを介して電気的に接続されている。ビアVAには金属からなる導電性材料が充填されている。
金属電極層MET1〜MET4のうちで、最も半導体基板SUBの近傍に配置されている金属電極層MET1は、ビアVAを介して上記したトランジスタQN又はQPと電気的に接続される。また、金属電極層MET1〜MET4のうちで、最もフレキシブル配線基板20の近傍に配置されている金属電極層MET4の表面に形成されている絶縁層IR上には、複数のバンプ電極30と共に放熱用バンプ電極50が形成されている。
トランジスタQP及びQNは、これら金属電極層MET1〜MET4を介して電気的に接続される。これにより、半導体基板SUBの表面に、例えば上記したガンマバッファ等を含む各種の素子が液晶ドライバ回路に形成される。この際、金属電極層MET4と電気的に接続されているバンプ電極30を介して、半導体基板SUBの表面に形成されている各素子への信号入力、及び各素子で生成された信号の外部出力が為される。ただし、放熱用バンプ電極50は、半導体ICチップ10内では、金属電極層MET1〜MET4及びバンプ電極30のいずれとも電気的に接続されていない。
フレキシブル配線基板20の表面、つまり半導体ICチップ10と接合される面には、複数のCOFリード線40が形成されている。COFリード線40の各々は、半導体ICチップ10の表面に形成されている少なくとも1つのバンプ電極30に接続されている。当該COFリード線40は、フレキシブル配線基板20の縁部まで引き出されている。
更に、フレキシブル配線基板20の表面には、少なくとも1つの中継線としての放熱用COFリード線70が形成されている。放熱用COFリード線70は、複数のCOFリード線40のうちの1つと、上記した放熱用バンプ電極50とに接続されている。すなわち、放熱用バンプ電極50、放熱用COFリード線70及びCOFリード線40が電気的に接続されているのである。尚、放熱用COFリード線70が接続されるCOFリード線40としては、電源電圧を半導体ICチップ10に供給する為の電源ライン又は接地ラインであることが好ましい。
上記した構成を有するCOFパッケージ100によれば、半導体ICチップ10の高熱領域HAから発せられた熱は、先ず、図2に示す絶縁層IRを介して放熱用バンプ電極50に伝導される。そして、放熱用バンプ電極50に伝導された熱は、図3の太線矢印に示すように、放熱用COFリード線70及びCOFリード線40を介した放熱ルートH0a及びH0bによって放熱される。
よって、COFパッケージ100によれば、半導体ICチップ10の表面において特定の高熱領域HAの近傍に通常のバンプ電極30が配置されていなくても効率の高い放熱が為されるようになる。従って、半導体パッケージとして、図1及び図2に構成を有するCOFパッケージ100を採用すれば、自身のサイズを大きくすることなく十分な放熱を行うことが可能となる。
尚、図2に示す一例では、半導体基板SUBの表面における放熱用バンプ電極50の真下の領域の熱は、図4に示すように、絶縁層IRを介した放熱ルートH1によって放熱用バンプ電極50に伝導される。
ここで、半導体基板SUBの表面における放熱用バンプ電極50の真下の領域の熱を効率良く放熱する為に、絶縁層IRよりも熱伝導率の高い金属材料を用いた放熱ルートを半導体ICチップ10内に形成するようにしても良い。
図5は、かかる点に鑑みて為された、図1に示すW−W線での半導体ICチップ10の他の断面構造を示す断面図である。図5に示す構成では、半導体基板SUBの表面における放熱用バンプ電極50の真下の位置で、半導体基板SUBの表面と金属電極層MET1aとをビアVA1を介して電気的に接続すると共に金属電極層MET1aとMET2aとをVA2を介して電気的に接続する。
更に、図5に示す構成では、金属電極層MET2a、MET3a及びMET4aが放熱用バンプ電極50の真下以外の位置で、夫々ビアVA3及びVA4を介して電気的に接続されている。この際、金属電極層MET4aは、放熱用バンプ電極50の真下以外の位置から、この放熱用バンプ電極50の真下の位置を含む範囲に亘って配線されている。尚、その他の構成については、図2に示すものと同一である。
図5に示す構成によれば、半導体基板SUBの表面における放熱用バンプ電極50の真下の領域の熱は、図6に示すように、絶縁層IRを介した放熱ルートH1、及び金属電極層MET1a〜MET4aを介した放熱ルートH2によって放熱用バンプ電極50に伝導される。よって、放熱ルートH1に放熱ルートH2が追加されたことにより、放熱効率が更に高まる。
尚、図5に示す構成において、放熱用バンプ電極50の真下の領域に、金属電極層MET2aとMET4aとを電気的に接続する金属電極層MET3aを形成するようにしても良い。
図7は、かかる点に鑑みて為された、図1に示すW−W線での半導体ICチップ10の他の断面構造を示す断面図である。
図7に示す構成は、図5に示す構成に、ビアVA5及びVA6を介して金属電極層MET2aとMET4aとを電気的に接続する金属電極層MET3bを新たに設けたものであり、その他の構成については図5に示すものと同一である。
図7に示す構成では、半導体基板SUBの表面における放熱用バンプ電極50の真下の位置で直線的に、半導体基板SUBの表面と、金属電極層MET1〜MET4とが金属材料を介して接続されている。
図7に示す構成によれば、半導体基板SUBの表面における放熱用バンプ電極50の真下の領域の熱は、図8に示すように、真上の方向に向けた金属材料だけの経路からなる放熱ルートH1によって放熱用バンプ電極50に伝導される。
すなわち、図7に示す構成では、半導体基板SUBの表面における放熱用バンプ電極50の真下の領域から、放熱用バンプ電極50の真下の金属電極層MET4aまでの間を、最短距離にて金属材料で直結することにより、放熱効率の更なる向上を図るのである。
尚、上記実施例では、半導体パッケージとしてCOFパッケージ100を例にとってその構成を説明したが、半導体ICチップ10が実装される配線基板としては、フレキシブルなものである必要はなく、また、フィルム状である必要もない。
要するに、本発明に係る半導体パッケージは、表面に第1のバンプ電極(30)が形成されている半導体チップ(10)を、上記第1のバンプ電極に接続されるリード線(40)が形成されている配線基板(20)に実装したものであれば良いのである。この際、半導体チップの表面において、当該半導体チップの動作時に所定の閾値よりも高温となる高熱領域(HA)の周囲に、少なくとも1の第2のバンプ電極(50)を設ける。そして、半導体ICチップが実装されている配線基板には、上記した第2のバンプ電極(50)とリード線(40)とを電気的に接続する中継線(70)が形成されている。
10 半導体ICチップ
20 フレキシブル配線基板
30 バンプ電極
40 COFリード線
50 放熱用バンプ電極
70 放熱用COFリード線
20 フレキシブル配線基板
30 バンプ電極
40 COFリード線
50 放熱用バンプ電極
70 放熱用COFリード線
Claims (9)
- 第1のバンプ電極が表面に形成されている半導体チップと、前記第1のバンプ電極に接続されるリード線が形成されている配線基板と、を含む半導体パッケージであって、
前記半導体チップの表面上において、前記半導体チップの動作時に所定の閾値よりも高温となる高熱領域の周囲に、少なくとも1の第2のバンプ電極が形成されており、
前記配線基板には、前記第2のバンプ電極と前記リード線とを電気的に接続する中継線が形成されていることを特徴とする半導体パッケージ。 - 前記半導体チップは、半導体基板及び電極層を含み、
前記半導体基板の表面における前記第2のバンプ電極の真下の位置で、前記半導体基板の表面と前記電極層とが金属材料を介して接続されていることを特徴とする請求項1記載の半導体パッケージ。 - 前記電極層は、各層間に絶縁層を挟んで積層されている第1〜第4の電極層を含み、
前記半導体基板の表面における前記第2のバンプ電極の真下の位置で、前記半導体基板の表面と前記第1の電極層とが金属材料を介して接続されていると共に前記第1の電極層と前記第2の電極層とが金属材料を介して接続されており、
前記第2〜第4の電極層が前記第2のバンプ電極の真下以外の位置で互いに金属材料を介して接続されていることを特徴とする請求項2記載の半導体パッケージ。 - 前記電極層は、各層間に絶縁層を挟んで積層されている第1〜第4の電極層を含み、
前記半導体基板の表面における前記第2のバンプ電極の真下の位置で、前記半導体基板の表面と前記第1〜第4の電極層が互いに金属材料を介して接続されていることを特徴とする請求項2記載の半導体パッケージ。 - 前記配線基板において前記中継線が接続されている前記リード線は、前記半導体チップに電源電圧を供給する為の電源ライン又は接地ラインであることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1に記載の半導体パッケージ。
- 前記第1のバンプ電極は、前記半導体チップ内において当該半導体チップに形成されている回路と電気的に接続されており、
前記第2のバンプ電極は、前記半導体チップ内において当該半導体チップに形成されている回路とは電気的に接続されていない金属バンプであることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1に記載の半導体パッケージ。 - 前記第2のバンプ電極は、前記半導体チップの表面における前記第1のバンプ電極よりも前記高熱領域に近い位置において前記高熱領域を囲んで形成されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1に記載の半導体パッケージ。
- 前記半導体基板の表面には、液晶表示パネルを駆動する液晶ドライバ回路が形成されており、
前記半導体基板の表面において前記高熱領域に対応した位置には、画像のガンマ特性に沿った階調電圧の基準となる基準電圧を増幅するガンマバッファが形成されていることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1に記載の半導体パッケージ。 - 前記配線基板は、フィルム状のフレキシブルな配線基板であることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1に記載の半導体パッケージ。
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