JP2016515772A - ワイヤボンディングを備えた半導体パッケージ - Google Patents

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wire bonding
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プラカシュ ヨシ アロク
プラカシュ ヨシ アロク
ラジェンドラン ギレシュ
ラジェンドラン ギレシュ
パークス ブライアン
パークス ブライアン
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日本テキサス・インスツルメンツ株式会社
テキサス インスツルメンツ インコーポレイテッド
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Abstract

複数の電気的に関連するダイワイヤボンディングサイト３０を有するダイ１２を有する半導体パッケージ１０が、第１のダイワイヤボンディングサイト３２と第２のダイワイヤボンディングサイト３４とを含む。このパッケージは、第１の基板ワイヤボンディングサイト４２と第２の基板ワイヤボンディングサイト４４とを含む複数の電気的に関連する基板ワイヤボンディングサイト４０を有する基板２２を含む。第１のボンドワイヤ５２が、第１のダイワイヤボンディングサイト３２と第１の基板ワイヤボンディングサイト４２との間に接続され、第２のボンドワイヤ５４が、第２のダイワイヤボンディングサイト３４と第２の基板ワイヤボンディングサイト４４との間に接続される。第１及び第２のボンドワイヤ５２、５４は、隣接し、実質的に平行のボンドワイヤ平面ＡＡ、ＢＢにある。第２のボンドワイヤ５４は、第１のボンドワイヤ５２に対して実質的にスキューされる。

Description

ワイヤボンディングは、集積回路パッケージの電気的構成要素を接続するために長い間用いられてきている方法である。ワイヤボンド接続において、薄いボンドワイヤの両端が、電気的に接続されるべき２つの異なる構成要素の導電性コンタクトエリアに溶接される。機械的信頼性、熱的性能、及び印刷回路基板（ＰＣＢ）への接続の容易さのため、クワッドフラットノーリード（ＱＦＮ）及びクワッドフラットパッケージ（ＱＦＰ）などのワイヤボンドパッケージが、ウエハスケールパッケージ（ＷＳＰ）及びフリップチップボールグリッドアレイ（ＦＣＢＧＡ）パッケージよりも好ましい。ＱＦＮ及びＱＦＰパッケージは、ＷＳＰ及びＦＣＢＧＡパッケージとは対照的に、ボンドワイヤを用いてつくられる接地及び信号接続を有する。単一のボンドワイヤ接地の典型的なインダクタンスは、典型的なＷＳＰ接地接続のための約７０ｐＨとは対照的に、およそ０．７ｎＨである。
しかし、ボンドワイヤパッケージにおける高い寄生インダクタンスに関連する問題がある。これらの問題には、電力増幅器（ＰＡ）及び雑音指数（ＮＦ）に対する効率劣化、低雑音アンプ（ＬＮＡ）に対する劣化、直流・直流（ＤＣＤＣ）コンバータに対する効率劣化、ＤＣＤＣコンバータに対する高リップルレベル、低ドロップアウトレギュレータ（ＬＤＯ）に対する電力供給除去比（ＰＳＲＲ）劣化、ＰＡ及びＬＮＡのような無線周波数（ＲＦ）ブロックに対する不安定性などの機能性の課題、中間周波数（ＩＦ）段及びＬＤＯにおけるリンギング及び振動のような機能性の課題、及び、種々の回路ブロック間の低減されたレベルの隔離が含まれる。
寄生インダクタンスを低減するための従来のアプローチの一つは、例えばダイ及びリードフレームなど、２つの電気的構成要素を接続するとき、単一のワイヤではなく、平行に電気的に接続される複数のワイヤを用いることである。これを行なう際、典型的に、本質的に同じサイズ及び形状のワイヤが、近接した間隔の平行の平面に配される。しかし、この配置に関する問題は、近接して隣接するワイヤを介する電流フローにより生じる相互カップリングｋが、複数のワイヤを用いて別の状況で起こり得る寄生誘導の低減を相殺することである。
集積回路パッケージの頂部平面図である。
図１の集積回路パッケージの側部立面図である。
集積回路パッケージの第２の実施例の頂部平面図である。
図３の集積回路パッケージの側部立面図である。
ダイを基板に電気的に接続する方法のフローチャートである。
本明細書において用いられる特定の用語を定義する際に用いられる投射（projection）エリアの図である。
図１は、ダイ１２及び基板２２を有する集積回路パッケージ１０を図示する。ダイ１２は基板２２上に搭載され得る。ダイ１２は、複数の電気的に連続する（continuous）ワイヤボンディングサイト３０を有し、ワイヤボンディングサイト３０は、第１のサイト３２、第２のサイト３４、第３のサイト３６、及び第４のサイト３８を含み得る。ワイヤボンディングサイト３０は、共通の導体に接するダイコンタクトパッドであり得る。別の実施例において、ワイヤボンディングサイト３０は、ダイ１２の導電性頂部表面部上の離間されたサイトであり得る。図１に示す実施例において、複数のワイヤボンディングサイト３０は、ダイ１２の頂部表面１４上の単一のローに配置される。
図１及び図２により図示される集積回路パッケージにおいて、基板２２は、複数の電気的に関連する（共に短絡される）ワイヤボンディングサイト４０を有し得、ワイヤボンディングサイト４０は、第１のワイヤボンディングサイト４２、第２のワイヤボンディングサイト４４、第３のワイヤボンディングサイト４６、及び第４のワイヤボンディングサイト４８を含み得る。一実施例において、基板２２はリードフレームであり、ワイヤボンディングサイトは、リードフレームの離間された物理的部分である。基板２２は、頂部表面２４と、反対の底部表面２６とを有する。複数の基板ワイヤボンディングサイト４０は、基板２２の頂部表面２４上に提供され得る。一実施例において、ダイ１２の底部表面１６は、基板２２の頂部表面２４にボンディングされる。
例えば、個別のボンドワイヤ５２、５４、５６、５８である、複数のボンドワイヤ５０が、各々第１の端部６２及び第２の端部６４を有する。ボンドワイヤ５０は、ダイ１２上の複数の電気的に関連するワイヤボンディングサイト３０と、基板２２上の複数の電気的に関連するワイヤボンディングサイト４０との間に接続され得る。複数のダイワイヤボンディングサイト３０及び複数の基板ワイヤボンディングサイト４０は、複数のボンドワイヤ５０が、実質的に平行のボンドワイヤ平面ＡＡ、ＢＢ、ＣＣ、及びＤＤ内に配置されるように配され得、ボンドワイヤ平面ＡＡ、ＢＢ、ＣＣ、及びＤＤは、ダイの頂部表面１４及び基板２２の頂部表面２４に実質的に垂直に延在する。４本のボンドワイヤ５０のみがここで図示されているが、平行のボンドワイヤで配される任意の数のボンドワイヤが用いられ得ることが理解されるであろう。
図３及び図４の実施例において、ダイ１０及び基板２２の全般的な構造は、基板コンタクトパッド４１、４３、４５、４７が互い違いにされて図１におけるような単一のローではなく２つのローに配置されることを除き、図１及び図２に示すものと同一であり得る。
図２及び図４において、図が乱雑になることを避けるため、第１及び第２のボンドワイヤ５２、５４及び５１、５３のみが示されている。図１及び図２の及び図３及び図４の例示の実施例両方において、複数のボンドワイヤ５０は、実質的にスキューされる関係に配置される、隣接するワイヤを有する。即ち、第２のボンドワイヤは第１のボンドワイヤに対して実質的にスキューされ、第３のボンドワイヤは第２のボンドワイヤに対して実質的にスキューされ、第４のボンドワイヤは第３のボンドワイヤに対して実質的にスキューされ、その逆も同様である。
本明細書において用いられる実質的にスキューされるという用語及びその他の用語の意味を、図６を参照して説明する。ボンドワイヤ１又は２の投射エリアは、（ボンドワイヤの平面に平行の）基板に垂直の平面上で、例えばボンドワイヤ１などのボンドワイヤ、ダイ３、及び基板４により境界をなすエリアの投射である。スキュー比は、２本のボンドワイヤ１、２の投射のエリアの和集合（union）による２本のボンドワイヤ１、２の投射のエリアの共通集合（intersection）の比の捕集合（complement）である。図６において、図では明確に参照していないが、「Ａ」は第１のボンドワイヤの投射エリア、即ち、ワイヤ１の下であり水平線３及び４の上のエリア、である。「Ｂ」は第２のボンドワイヤの投射エリア、即ち、ワイヤ２の下であり水平線３及び４の上のエリア、である。スキュー比「Ｓ」は、数学的に下記のように定義され得る。
Ｓ＝１−［（Ａ共通集合Ｂ）／（Ａ和集合Ｂ）］
ここで、（Ａ共通集合Ｂ）＝（×があるエリア）であり、（Ａ和集合Ｂ）＝（×があるエリア）＋（点があるエリア）＋（四角があるエリア）である。
図２は、ボンドワイヤ平面ＡＡ、ＢＢ、ＣＣ、ＤＤに垂直の図であり、ボンドワイヤ５２及び５４が、重なる投射プロファイルを有することを図示する。重なる投射プロファイルとは、即ち、ボンドワイヤ平面ＡＡ、ＢＢなどに平行の共通の投射平面上への各ワイヤの投射である。これらの投射プロファイル、及びダイ１２及び基板２２の頂部表面は、プロファイル閉鎖エリア「ａ」、「ｂ」、及び「ｃ」を画定する。第１の投射エリア「ａ」は、ボンドワイヤ取り付けポイント３２、３４と整合されるポイント７２で始まり、２本のワイヤ５２、５４の投射が重なるポイント７３で終わる。ポイント７２と７３との間のワイヤ５２及び５４の投射プロファイルの一部が、閉鎖エリア「ａ」を定める。投射プロファイル閉鎖エリア「ｂ」は、ポイント７３から、基板ボンドワイヤコンタクトサイト４２及び４４と整合されるポイント７４まで延在し、ポイント７３と７４との間に延在するワイヤ５２及び５４の投射プロファイルの一部により境界が定められるエリアである。投射プロファイル閉鎖エリア「ｃ」は、ワイヤ５２及び５４の投射プロファイルの２つのセグメント、即ち、ポイント７２と７３との間に延在するワイヤ５４の投射プロファイルのセグメント及びポイント７３と７４との間に延在するワイヤ５２の投射プロファイルのセグメント、の下側のセグメントにより画定される上側境界を有する。閉鎖エリア「ｃ」の下側境界は、ワイヤ５２及び５４の上述の投射プロファイルセグメントの直下にある、ダイ１２の頂部表面１４及び基板２２の頂部表面２４に関連付けられる水平線により画定される。本明細書において用いられるように、隣接するボンドワイヤのスキュー比という用語は、１つのケースにおいて、全ての閉鎖エリア「ａ」及び「ｂ」及び「ｃ」の和で除算した、投射プロファイル閉鎖エリア「ａ」及び「ｂ」の和を意味する。そのため、図１及び図２に図示するようなボンドワイヤ構成において、Ｓｋｅｗ Ｒａｔｉｏ＝１−［（ｃ／（ａ＋ｂ＋ｃ）］である。この状況において、第１及び第２の基板ワイヤボンディングサイトが、整合され、そのため、側部立面図における単一のポイント７４を表す。
図３及び図４は、ボンドワイヤ５１、５３、５５、５７の隣接するボンドワイヤ、例えば５１、５３、が基板２２上のボンドワイヤコンタクトサイト４１、４３で終端する状況を図示する。これらは、整合されず、そのため、図４に示すように、側部から見たとき２つの異なるポイント８５、８６として、即ち、ボンドワイヤ平面ＡＡ、ＢＢに垂直の方向に、投射する。この実施例において、２本のボンドワイヤ５１、５３の投射プロファイルは、４つの投射プロファイル閉鎖エリア「ｐ」、「ｑ」、「ｒ」、及び「ｓ」を画定する。図４に示す投射プロファイルにおける２本のワイヤ５１、５３は、ダイコンタクトパッド３２、３４に関連付けられる共通のポイント８２で始まる。ワイヤ５１、５３の投射プロファイルも、図４のポイント８３において重なる。２本のワイヤ５１、５３の投射は、ポイント８４で第２の時間に交差する。ポイント８５は第２の基板ワイヤボンディングサイト４１と整合され、ポイント８６は基板ワイヤボンディングサイト４３と整合される。エリア「ｐ」は、ポイント８２と８３との間に延在する２本のワイヤ５１、５３の投射により画定される。エリア「ｑ」は、投射ポイント８３と８４との間に延在するワイヤ５１及び５３の投射間のエリアである。エリア「ｒ」は、ポイント８４と８６との間に延在するワイヤ５１と、ポイント８４とポイント８６との間に延在するワイヤ５３と、及びポイント８５と８６との間に延在する基板２２の頂部表面２４の一部とにより画定されるエリアである。エリア「ｓ」は、ポイント８２と８３との間のワイヤ５３の投射、ポイント８３と８４との間のワイヤ５１の投射、ポイント８４と８６との間のワイヤ５３の投射の一部と、これらのワイヤ投射部分の下にある、ダイ及び基板の頂部表面１４及び２４により画定される線とにより画定される。そのため、１本のボンドワイヤ５１が第２のボンドワイヤ５３とは異なるポイントにおいて基板上で終端する状況において、ダイ１２の頂部表面１４及び基板２２の頂部表面２４のプロファイルは、プロファイル閉鎖エリアの２つの一部、この場合はエリア「ｒ」及び「ｓ」、を画定する。他のエリア「ｐ」及び「ｑ」は、図１及び図２におけるようなワイヤセグメントのみにより画定される。図３及び図４に図示する状況において、スキュー比は、エリア「ｐ」、「ｑ」、「ｒ」、及び「ｓ」の全ての和で除算した、「ｐ」、「ｑ」、及び「ｒ」エリアの和に等しい。そのため、ボンドワイヤ５１及び５３では、ＳＫＥＷ ＲＡＴＩＯ＝１−［ｓ／（ｐ＋ｑ＋ｒ＋ｓ）］である。
実質的にスキューされるという用語が本明細書において用いられるように、ａ）１本のボンドワイヤが他のワイヤより少なくとも２０％長い、又はｂ）２本のボンドワイヤのスキュー比が少なくとも約０．４である、又はｃ）ａ及びｂ両方である、のいずれかの場合、実質的に平行の平面における二本の隣接するボンドワイヤは実質的にスキューされる。
図１〜図４のアッセンブリの幾つかの実施例において、ボンドワイヤ５０の第１の端部６２が、ダイ１２の頂部表面１４にボールボンドで溶接され、ボンドワイヤ５０の第２の端部６４が、基板２２の頂部表面２４にスティッチボンドで溶接される。ボンドワイヤの直径は、典型的に約２０μｍから約３０μｍの範囲にある。ボンドワイヤ５０は、金、銅、銀、又はアルミニウムからつくられ得る。ボンドワイヤ５０の全てが約０．７ｍｍの最小長さを有し得る。例えばＡＡ、ＢＢなど、隣接するボンドワイヤ平面は、約５０μｍから約１００μｍまで離間され得る。
ダイ１２、及びリードフレームであり得る基板２２の一部は、図１及び図２において部分的に破線で示されるように、モールド化合物などの封止材の保護層１１０内に封止され得る。一実施例において、集積回路パッケージ１０は、ダイ１２と基板２２と封止層１１０と、場合によっては他の電子的構成要素（図示せず）とを含み、集積回路パッケージ１０は、クワッドフラットノーリード（ＱＦＮ）パッケージであり得る。
図５はダイを基板に電気的に接続する方法を図示する。この方法は、２０２で図示するように、ダイ上の複数の電気的に関連するサイトを、基板上の複数の電気的に関連するサイトに、平面に概して平行に配される複数のボンドワイヤで接続することを含む。この方法はまた、２０４で図示するように、実質的にスキューされた関係の複数のボンドワイヤの隣接するボンドワイヤを配置することを含む。
当業者であれば、本発明の特許請求の範囲内で、説明した例示の実施例に変形が成され得ること、及び多くの他の実施例が可能であることが分かるであろう。

Claims (17)

  1. 半導体パッケージであって、
    第１のダイワイヤボンディングサイトと第２のダイワイヤボンディングサイトとを含む複数の電気的に関連するダイワイヤボンディングサイトを有するダイ、
    第１の基板ワイヤボンディングサイトと第２の基板ワイヤボンディングサイトとを含む複数の電気的に関連する基板ワイヤボンディングサイトを有する基板、
    第１のダイワイヤボンディングサイトと前記第１の基板ワイヤボンディングサイトとの間に接続される第１のボンドワイヤ、
    前記第２のダイワイヤボンディングサイトと前記第２の基板ワイヤボンディングサイトとの間に接続される第２のボンドワイヤ、
    を含み、
    前記第１及び第２のボンドワイヤが、隣接する実質的に平行のボンドワイヤ平面にあり、
    前記第２のボンドワイヤが、前記第１のボンドワイヤに対して実質的にスキューされる、
    半導体パッケージ。
  2. 請求項１に記載の半導体パッケージであって、前記第１のボンドワイヤが前記第２のボンドワイヤより少なくとも２０％長い、半導体パッケージ。
  3. 請求項２に記載の半導体パッケージであって、前記第１及び第２のボンドワイヤが少なくとも約０．４のスキュー比を有する、半導体パッケージ。
  4. 請求項１に記載の半導体パッケージであって、前記第１及び第２のボンドワイヤが少なくとも約０．４のスキュー比を有する、半導体パッケージ。
  5. 請求項１に記載の半導体パッケージであって、前記複数の電気的に関連するワイヤボンディングサイトの少なくとも幾つかが、互い違いのローに配される、半導体パッケージ。
  6. 請求項１に記載の半導体パッケージであって、前記隣接する実質的に平行のボンドワイヤ平面が、約５０μｍ〜１００μｍの距離離間されている、半導体パッケージ。
  7. 集積回路パッケージを形成する方法であって、
    ダイを基板に接続することを含み、前記ダイを基板に接続することが、
    ダイ上の複数の電気的に関連するサイトを、概して平行の平面に配される複数のボンドワイヤで、基板上の複数の電気的に関連するサイトに接続することと、
    前記複数のボンドワイヤの隣接するボンドワイヤを、実質的にスキューされる関係に配置することと、
    を含む、方法。
  8. 請求項７に記載の方法であって、前記配置することが、前記第２のボンドワイヤを前記第１のボンドワイヤより少なくとも２０％短くすることを含む、方法。
  9. 請求項７に記載の方法であって、前記配置することが、前記第１及び第２のボンドワイヤを、前記第１及び第２のボンドワイヤが少なくとも０．４のスキュー比を有するように配置することを含む、方法。
  10. 請求項７に記載の方法であって、前記複数の電気的に関連するサイトを接続することが、前記ボンドワイヤの第１の端部を、前記ダイ上の前記複数の電気的に関連するサイトにボールボンディングすることを含む、方法。
  11. 請求項７に記載の方法であって、前記複数の電気的に関連するサイトを前記接続することが、前記ボンドワイヤの第２の端部を、前記基板上の前記複数の電気的に関連するサイトにスティッチボンディングすることを含む、方法。
  12. 請求項７に記載の方法であって、前記複数の電気的に関連するサイトを前記接続することが、前記複数のボンドワイヤの隣接するボンドワイヤを約５０μｍ〜１００μｍで位置決めすることを含む、方法。
  13. 請求項７に記載の方法であって、前記ダイと、前記複数のボンドワイヤと、前記基板の少なくとも一部とを、モールド化合物にを封止することを更に含む、方法。
  14. 集積回路パッケージであって、
    第１のダイワイヤボンディングサイトと第２のダイワイヤボンディングサイトとを含む複数の電気的に関連するダイワイヤボンディングサイトを有するダイ、
    第１の基板ワイヤボンディングサイトと第２の基板ワイヤボンディングとを含む複数の電気的に関連する基板ワイヤボンディングサイトを有するリードフレーム、
    前記第１のダイワイヤボンディングサイトと前記第１の基板ワイヤボンディングサイトとの間に接続される第１のボンドワイヤ、
    前記第２のダイワイヤボンディングサイトと前記第２の基板ワイヤボンディングサイトとの間に接続される第２のボンドワイヤであって、前記第１及び第２のボンドワイヤが、隣接する実質的に平行のボンドワイヤ平面にあり、前記第２のボンドワイヤが前記第１のボンドワイヤに対して実質的にスキューされる、前記第２のボンドワイヤ、及び
    前記ボンドワイヤと、前記ダイと、前記リードフレームの少なくとも一部とを覆う封止層、
    を含む、集積回路パッケージ。
  15. 請求項１４に記載の半導体パッケージであって、前記第１のボンドワイヤが、前記第２のボンドワイヤより少なくとも２０％長い、集積回路パッケージ。
  16. 請求項１４に記載の半導体パッケージであって、前記第１及び第２のボンドワイヤが少なくとも約０．４のスキュー比を有する、集積回路パッケージ。
  17. 請求項１４に記載の半導体パッケージであって、前記第１及び第２のボンドワイヤ平面が、約５０μｍ〜１００μｍ離間される、集積回路パッケージ。
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