JP2018525843A - 静電放電(esd)保護を備えた集積回路(ic)パッケージ - Google Patents

静電放電(esd)保護を備えた集積回路(ic)パッケージ Download PDF

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Abstract

集積回路(IC)パッケージは、ダイと、ダイに結合されたパッケージ基板と、パッケージ基板に結合された第1の静電放電(ESD)保護構成要素とを含み、第1の静電放電(ESD)保護構成要素は、パッケージレベルの静電放電(ESD)保護を提供するように構成される。いくつかの実装形態では、第1の静電放電(ESD)保護構成要素がパッケージ基板に埋め込まれる。いくつかの実装形態では、ダイは、ダイレベルの静電放電(ESD)保護を提供するように構成された内部静電放電(ESD)保護構成要素を含む。いくつかの実装形態では、内部静電放電(ESD)保護構成要素および第1の静電放電(ESD)保護構成要素は、ダイについての累積静電放電(ESD)保護を提供するように構成される。

Description

[関連出願の相互参照]
本出願は、その内容全体が参照により本明細書に組み込まれる、2015年8月27日に米国特許商標庁に出願された、非仮出願第14/838,034号の優先権および利益を主張する。
様々な特徴は、集積回路(IC)パッケージに関し、より詳細には、静電放電(ESD)保護を含む集積回路(IC)パッケージに関する。
図1は、ダイを含む集積回路パッケージの一構成を示す。具体的には、図1は、ダイ102およびパッケージ基板106を含む集積回路パッケージ100を示す。パッケージ基板106は、誘電体層および複数の相互接続110を含む。パッケージ基板106は積層基板である。複数の相互接続110は、トレース、パッド、および/またはビアを含む。ダイ102は、複数のはんだボール112を通じてパッケージ基板106に結合される。パッケージ基板106は、複数のはんだボール116を通じてプリント回路板(PCB)108に結合される。
集積回路パッケージ100は、特定のパッケージ動作の下で動作するように設計されている。たとえば、集積回路パッケージ100は、いくつかの信頼性要件および電子ストレス境界内で動作するように設計されている。電子ストレス境界の例には、電圧境界(たとえば、電圧の変化)、電流境界(たとえば、電流の変化)、および静電放電(ESD)境界がある。同様に、ダイ102は、同様の電子ストレス境界内で動作するように設計されている。これらの電子ストレス境界は、パッケージレベルでテストされる。すなわち、集積回路パッケージ100は、集積回路パッケージ100が全体として特定の電子ストレス境界内にあるかどうかを判定するために、電子テスタ(たとえば、ESDテスタ)によってテストされる。
異なるデバイス(たとえば、モバイルデバイス、自動車デバイス)は、異なるパッケージ動作、異なる信頼性、および異なる電子ストレス境界(たとえば、異なるESD要件)を指定し得る。したがって、デバイスごとに信頼性が異なり、電子ストレス境界の仕様が異なることに起因して、異なるデバイスごとにダイおよびパッケージの回路設計が異なることが望ましい。しかしながら、ダイ102の回路設計を再設計するプロセスは、非常に高価になる可能性がある。多くの場合、このコストは、とても高く、法外である。
さらに、ダイ102の回路設計の変更は、集積回路パッケージ100の全体的な電子的信頼性および感度に変化をもたらす。たとえば、ダイ102の回路設計の変更は、ダイ102の異なる電子ストレス境界、および集積回路パッケージ100の異なる電子ストレス境界をもたらす可能性がある。したがって、ダイ102の回路設計の再設計によって、集積回路パッケージ100の大幅な再設計が必要となる可能性がある。最悪のシナリオでは、ダイ102の新しい回路設計は、集積回路パッケージ100の既存の設計ではまったく機能しない可能性がある。
したがって、集積回路パッケージが実装されているデバイスのニーズおよび/または要件を満たすと同時に、ダイを完全に再設計する必要なく、異なるデバイス、適用例、信頼性要件および電子ストレス境界で使用できる集積回路パッケージが必要である。
様々な特徴は、静電放電(ESD)保護を含む集積回路(IC)パッケージに関する。
一例は、集積回路(IC)パッケージを提供し、集積回路(IC)パッケージは、ダイと、ダイに結合されたパッケージ基板と、パッケージ基板に結合された第1の静電放電(ESD)保護構成要素であり、パッケージレベルの静電放電(ESD)保護を提供するように構成された第1の静電放電(ESD)保護構成要素とを含む。
別の例は、ダイと、ダイに結合されたパッケージ基板とを含む集積回路(IC)パッケージを含む電子デバイスを提供する。電子デバイスは、集積回路(IC)パッケージに結合されたインターポーザをも含み、インターポーザは、第1の静電放電(ESD)保護構成要素を含む。第1の静電放電(ESD)保護構成要素は、静電放電(ESD)保護を提供するように構成される。
様々な特徴、性質、および利点は、同様の参照符号が全体にわたって対応して識別する図面と併せて読まれると、以下に記載する詳細な説明から明らかになり得る。
集積回路(IC)パッケージを示す図である。 静電放電(ESD)保護構成要素を含む集積回路パッケージの一例を示すプロファイル図である。 静電放電(ESD)保護構成要素の一例を示すプロファイル図である。 静電放電(ESD)保護構成要素の一例を示すプロファイル図である。 別の静電放電(ESD)保護構成要素の一例を示すプロファイル図である。 静電放電(ESD)保護構成要素の一例を示す図である。 静電放電(ESD)保護構成要素を含む集積回路パッケージ内の回路の回路図の一例を示す図である。 パッケージ基板内に埋め込まれた静電放電(ESD)保護構成要素を含む集積回路パッケージの一例のプロファイル図である。 インターポーザに結合された静電放電(ESD)保護構成要素を含む集積回路パッケージの一例を示すプロファイル図である。 静電放電(ESD)保護構成要素を含む集積回路パッケージ内の回路の回路図の一例を示す図である。 静電放電(ESD)保護構成要素を含む集積回路パッケージを設ける/作製するための例示的なシーケンスを示す図である。 静電放電(ESD)保護構成要素を含む集積回路パッケージを設ける/作製するための例示的なシーケンスを示す図である。 静電放電(ESD)保護構成要素を含む集積回路パッケージを設ける/作製するための例示的なシーケンスを示す図である。 インターポーザに結合された静電放電(ESD)保護構成要素を含む集積回路パッケージを設ける/作製するための例示的なシーケンスを示す図である。 インターポーザに結合された静電放電(ESD)保護構成要素を含む集積回路パッケージを設ける/作製するための例示的なシーケンスを示す図である。 静電放電(ESD)保護構成要素を含む集積回路パッケージを設ける/作製するための方法を示す例示的な流れ図である。 本明細書に記載の集積回路パッケージ、半導体デバイス、ダイ、集積回路、および/またはPCBを統合し得る様々な電子デバイスを示す図である。
以下の説明では、本開示の様々な態様を完全に理解できるように、具体的な詳細が与えられる。しかしながら、態様は、これらの特定の詳細なしに実施され得ることが、当業者によって理解されるであろう。たとえば、回路は、不必要な詳細で態様を曖昧にすることを避けるために、ブロック図で示されている可能性がある。他の例では、周知の回路、構造、および技術は、本開示の態様を曖昧にしないために、詳細には示されていない可能性がある。
本開示は、ダイと、ダイに結合されたパッケージ基板と、パッケージ基板に結合された第1の静電放電(ESD)保護構成要素とを含むデバイスパッケージ(たとえば、集積回路(IC)パッケージ)について記載する。第1の静電放電(ESD)保護構成要素は、パッケージレベルの静電放電(ESD)保護を提供するように構成される。いくつかの実装形態では、第1の静電放電(ESD)保護構成要素がパッケージ基板に埋め込まれる。いくつかの実装形態では、ダイは、ダイレベルの静電放電(ESD)保護を提供するように構成された内部静電放電(ESD)保護構成要素を含む。いくつかの実装形態では、内部静電放電(ESD)保護構成要素および第1の静電放電(ESD)保護構成要素は、ダイの入力/出力(I/O)端子の一部または全部について累積静電放電(ESD)保護を提供するように構成される。
[静電放電(ESD)保護構成要素を含む例示的な集積回路(IC)パッケージ]
図2は、パッケージレベルの静電放電(ESD)保護を提供するように構成された静電放電(ESD)保護構成要素を含むデバイスパッケージの一例を示す。具体的には、図2は、基板202と、ダイ204と、静電放電(ESD)保護構成要素206と、カプセル化層210とを含む集積回路(IC)パッケージ200の一例を示す。集積回路(IC)パッケージ200はプリント回路板(PCB)250上に取り付けられる。ダイ204は、いくつかのトランジスタおよび/または他の電子構成要素を含む集積回路(IC)であり得る。ダイ204は論理ダイおよび/またはメモリダイであり得る。以下でさらに説明するように、ダイ204は、ダイレベルの静電放電(ESP)保護を提供するように構成された内部静電放電(ESP)保護構成要素240を含み得る。
いくつかの実装形態では、静電放電(ESD)保護構成要素206(たとえば、第1の静電放電(ESD)保護構成要素)および/または内部静電放電(ESD)保護構成要素240(たとえば、第2の静電放電(ESD)保護構成要素)は、ダイ204および集積回路(IC)パッケージ200が少なくとも1つの静電放電(ESD)テストモデルを満たすことを可能にするように構成され得る。いくつかの実装形態では、静電放電(ESD)保護構成要素206および/または内部静電放電(ESD)保護構成要素240がない場合、ダイ204および集積回路(IC)パッケージ200は、特定の静電放電(ESD)テストモデルを満たさない可能性がある。様々な静電放電(ESD)テストモデルの例について、以下でさらに説明する。
基板202はパッケージ基板および/またはインターポーザであり得る。ダイ204が基板202に結合される(たとえば、取り付けられる)。より具体的には、ダイ204が、第1の複数のはんだボール242を通じて基板202に結合される。いくつかの実装形態では、ダイ204が、異なる方式で基板202に結合され得る。
基板202は、第1の誘電体層220、第2の誘電体層222、第3の誘電体層223、第1のはんだレジスト層224、第2のはんだレジスト層226、およびいくつかの相互接続227を含む。第1の誘電体層220はコア層であり得る。いくつかの実装形態では、第1の誘電体層220はプリペグ層であり得る。第2の誘電体層222および/または第3の誘電体層223は1つまたは複数の誘電体層(たとえば、1つまたは複数のプリペグ層)であり得る。相互接続227はトレース、パッド、および/またはビアを含み得、これらは第1の誘電体層220、第2の誘電体層222、および/または第3の誘電体層223内に形成される。第1のはんだレジスト層224が、基板202の第1の表面(たとえば、PCB250に面する表である底面)上に形成される。第2のはんだレジスト層226が、基板202の第2の表面(たとえば、ダイ204に面する面である上面)上に形成される。
カプセル化層210はダイ204を少なくとも部分的にカプセル化する。カプセル化層210はモールドおよび/またはエポキシ充填を含み得る。
図2に示すように、静電放電(ESD)保護構成要素206は、基板202に結合される。より具体的には、静電放電(ESD)保護構成要素206は、基板202の表面(たとえば、PCB250に面する面である底面)に結合される。静電放電(ESD)保護構成要素206は、異なる方式で基板202に結合されてもよいことに留意されたい。たとえば、静電放電(ESD)保護構成要素206は、基板202の異なる表面(たとえば、ダイ204に面する面である上面)上に位置し得る。いくつかの実装形態では、静電放電(ESD)保護構成要素206は、カプセル化層210の中に位置し得る。いくつかの実装形態では、静電放電(ESD)保護構成要素206は、基板202に埋め込まれ得る。基板に埋め込まれた静電放電(ESD)保護構成要素の例について、少なくとも図8でさらに詳細に後述する。
静電放電(ESD)保護構成要素206は、集積回路(IC)パッケージ200にいくつかの技術的利点を提供する。
第1に、静電放電(ESD)保護構成要素206は、内部静電放電(ESD)保護構成要素240よりも優れたESD保護を提供する。これは、静電放電(ESD)保護構成要素206が内部静電放電(ESD)保護構成要素240よりもはるかに大きく、したがって、よりロバストな、信頼性が高い、および/または強力なESD保護を提供することができるためである。内部静電放電(ESD)保護構成要素240は、ダイ204に含まれる場合、ダイ204のサイズによって制限され、したがって、限られたESD保護しか提供できない。
第2に、静電放電(ESD)保護構成要素206は、ダイ204に一体化される代わりに、別個の構成要素として設計する方が容易である。ダイ204は、多くのトランジスタデバイスを有し、ダイ204内に静電放電(ESD)保護構成要素を集積することは、別個の静電放電(ESD)保護構成要素206の製造プロセスよりも複雑な製造プロセスを必要とする。
第3に、静電放電(ESD)保護構成要素206は別個の電子構成要素であるので、ダイ204は、再設計する必要がない。代わりに、静電放電(ESD)保護構成要素206は、予想されるおよび/または予期される適用例(たとえば、モバイル適用例、自動車適用例)に基づいて、ダイ204とは別個に設計することができる。したがって、ダイ204および集積回路(IC)パッケージ200が、特定の適用例(たとえば、モバイル適用例)下で動作し、特定のテストモデル(たとえば、第1のテストモデル)に合格するように構成されていても、静電放電(ESD)保護構成要素206は、集積回路(IC)パッケージ200が別の適用例(たとえば、自動車適用例)下で動作し、特定のテストモデルとは異なる別の特定のテストモデル(たとえば、第2のテストモデル)に合格したときにダイ204および集積回路(IC)パッケージ200が動作できるように構成される。たとえば、ダイ204は、静電放電(ESD)保護構成要素206を使用して、モバイルデバイスにおいて動作するように構成され得、ダイ204および集積回路(IC)パッケージ200は、ダイ204を完全に再設計する必要なく、(より高い電圧および/またはより高い電流仕様/要件を有する)自動車両内の電子デバイスで実施され得る。
いくつかの実装形態では、静電放電(ESD)保護構成要素206は、ダイ204の少なくとも1つの入力/出力(I/O)端子に結合される(たとえば、直接的に結合される、間接的に結合される)。いくつかの実装形態では、ダイ204の入力/出力(I/O)端子のすべてが、静電放電(ESD)保護構成要素206に結合される(たとえば、直接的に結合される、間接的に結合される)。したがって、いくつかの実装形態では、ダイ204の入力/出力(I/O)端子の少なくとも一部または全部が静電放電(ESD)保護構成要素206によって保護される。
図2は、静電放電(ESD)保護構成要素206に結合された第1の複数の相互接続270、第2の複数の相互接続272、および第3の複数の相互接続274を示す。静電放電(ESD)保護構成要素206は、パッケージレベルの静電放電(ESD)保護を提供するように構成される。
第1の複数の相互接続270は、基板202の中/上に位置している。第1の複数の相互接続270は、トレース、ビア、パッド、バンプ、および/またははんだ相互接続を含み得る。第1の複数の相互接続270は、ダイ204との間の第1の入力/出力(I/O)信号のための電気経路を提供するように構成され得る。第2の複数の相互接続272は、基板202の中/上に位置している。第2の複数の相互接続272は、トレース、ビア、パッド、バンプ、および/またははんだ相互接続を含み得る。第2の複数の相互接続272は、ダイ204に対する電力信号(たとえば、Vdd)のための電気経路を提供するように構成され得る。第3の複数の相互接続274は、基板202の中/上に位置している。第3の複数の相互接続274は、トレース、ビア、パッド、バンプ、および/またははんだ相互接続を含み得る。第3の複数の相互接続274は、ダイ204からの接地基準信号(たとえば、Vss)のための電気経路を提供するように構成され得る。第1の複数の相互接続270、第2の複数の相互接続272、および/または第3の複数の相互接続272は、(たとえば、第1の複数のはんだボール242を通じて)ダイ204に結合され得る。異なる実装形態は、静電放電(ESD)保護構成要素206に結合される相互接続の数が異なってもよい。
前述のように、図2は、集積回路(IC)パッケージ200が第2の複数のはんだボール252を通じてプリント回路板(PCB)250上に結合される(たとえば、取り付けられる)ことをさらに示す。より具体的には、集積回路(IC)パッケージ200の基板202が、第2の複数のはんだボール252を通じてPCB250に結合される。いくつかの実装形態では、集積回路(IC)パッケージ200が、異なる方式でPCB250に結合され得る。
いくつかの実装形態では、いくつかの静電放電(ESD)保護構成要素(たとえば、ダイの内部静電放電(ESD)保護構成要素240およびパッケージ基板の静電放電(ESD)保護構成要素206)は、ダイ204および集積回路(IC)パッケージ200についての累積静電放電(ESD)保護を提供し得る。累積静電放電(ESD)保護については、図7および図10でさらに詳細に後述する。静電放電(ESD)保護構成要素206は、パッケージレベルの静電放電(ESD)保護(たとえば、ダイ204および集積回路(IC)パッケージ200内の他の構成要素の保護)を提供し得る。いくつかの実装形態では、静電放電(ESD)保護構成要素206は集積回路(IC)パッケージ200の利用可能な空間に設けられ得るので、静電放電(ESD)保護構成要素206を集積回路(IC)パッケージ200の内部に設けることは、デバイス内の実装面積を節約し得る。
いくつかの実装形態では、ダイ204は、集積回路(IC)パッケージ200に供給される第1の電圧で動作するように構成され、静電放電(ESD)保護構成要素(たとえば、静電放電(ESD)保護構成要素206、240、906)は、集積回路(IC)パッケージ200が第2の放電電圧を集積回路(IC)パッケージ200に供給する電源に結合されたとき、ダイ204が動作できるようにする。
図2は、静電放電(ESD)保護構成要素206が基板202の下に配置され、位置することを示す。しかしながら、静電放電(ESD)保護構成要素206は、集積回路(IC)パッケージ200内または上に、異なる方式で配置され、位置し得る。たとえば、静電放電(ESD)保護構成要素206は、基板202上、およびダイ204と同一面上に位置し得る。いくつかの実装形態では、静電放電(ESD)保護構成要素206は、カプセル化層210によって少なくとも部分的にカプセル化され得る。いくつかの実装形態では、静電放電(ESD)保護構成要素206は、図8でさらに後述されるように、基板202に埋め込まれてもよい。
[例示的な静電放電保護(ESD)構成要素]
異なる実装形態は、異なる設計の静電放電(ESD)保護構成要素を使用してもよい。図3〜図6は、静電放電(ESD)保護構成要素の様々な例を示す。
図3は、デバイスパッケージ(たとえば、集積回路(IC)パッケージ)で実装され得る静電放電(ESD)保護構成要素構成306の一例のプロファイル図を示す。いくつかの実装形態では、静電放電(ESD)保護構成要素構成306は、図2に記載された静電放電(ESD)保護構成要素206として実装されてもよい。静電放電(ESD)保護構成要素構成306は、半導体デバイスとして構成され得る。
図3に示すように、静電放電(ESD)保護構成要素206は、静電放電(ESD)保護構成要素構成306を含む。静電放電保護(ESD)保護構成要素構成306は、第1のP−(光Pドープ)層300、第1のN−(光Nドープ)層302、第2のP−層304、第1のP+(重度Pドープ)層308、第1のN+(重度Nドープ)層310、第2のP+層312、第2のN−層320、第2のN+層322、第1のコンタクト相互接続330、第2のコンタクト相互接続340、第3のコンタクト相互接続342、および第4のコンタクト相互接続350を含む。
第1のN−層302、第2のP+層312、および第2のN−層320は、第1のP−層300内に配置される。第2のP−層304および第1のN+層310は、第1のN−層302内に配置される。第1のP+層308は、第2のP−層304内に配置される。第2のN+層322は、第2のN−層320内に配置される。
第2のP−層304は、第1のP+層308を少なくとも部分的にカプセル化する。第1のN層302は、第2のP−層304および第1のN+層310を少なくとも部分的にカプセル化する。第2のN−層320は、第2のN+層322を少なくとも部分的にカプセル化する。第1のP−層300は、第1のN−層302、第2のP+層312、および第2のN−層320を少なくとも部分的にカプセル化する。
第1のコンタクト相互接続330は、第1のP+層308に結合される。第1のコンタクト相互接続330は、接地基準信号(Vss)に対する電気経路を設けるように構成されてよい。第2のコンタクト相互接続340は、第1のN+層310に結合される。第3のコンタクト相互接続342は、第2のP+層312に結合される。第2のコンタクト相互接続340および第3のコンタクト相互接続342は、入力/出力(I/O)信号に対する電気経路を設けるように構成される。第4のコンタクト相互接続350は、第2のN+層322に結合される。第4のコンタクト相互接続350は、電力信号(Vdd)に対する電気経路を設けるように構成されてよい。
第1のコンタクト相互接続330は、(たとえば、マイクロバンプおよび/またははんだ相互接続を介して)第1の複数の相互接続270に結合され得る。第2のコンタクト相互接続340および第3のコンタクト相互接続342は、(たとえば、トレース、パッド、マイクロバンプ、および/またははんだ相互接続を介して)第2の複数の相互接続272に結合され得る。第4のコンタクト相互接続350は、(たとえば、マイクロバンプおよび/またははんだ相互接続を介して)第3の複数の相互接続274に結合され得る。
いくつかの実装形態では、第1のN−層302および第2のP−層304は、第1のダイオード360として動作するように構成され、第1のN−層302は第1のダイオード360のカソード側であり、第2のP−層304は第1のダイオード360のアノード側である。
いくつかの実装形態では、第1のP−層300および第2のN−層320は、第2のダイオード370として動作するように構成され、第1のP−層300は第2のダイオード370のアノード側であり、第2のN−層320は第2のダイオード370のカソード側である。
異なる実装形態は、様々なP−、P+、N−、およびN+層の異なる構成を有する可能性があり、したがって、図3に示す構成、例にすぎないことに留意されたい。
図4は、別の静電放電(ESD)保護構成要素のプロファイル図を示す。図4に示すように、静電放電(ESD)保護構成要素206は、少なくとも2つの静電放電(ESD)保護構成要素構成306a〜bを含む。したがって、図4は、静電放電(ESD)保護構成要素206が、複数(たとえば、アレイ)の静電放電(ESD)保護構成要素構成306a〜bを含むことを示す。図4にさらに示すように、様々な静電放電(ESD)保護構成要素構成306a〜bは、第1のP−(光Pドープ)層300を共有する。いくつかの実装形態では、ダイ204の各入力/出力(I/O)端子について1つの静電放電(ESD)保護構成要素構成306が存在し得る。
図5は、デバイスパッケージ(たとえば、集積回路(IC)パッケージ)で実装され得る別の静電放電(ESD)保護構成要素構成506の一例のプロファイル図を示す。いくつかの実装形態では、静電放電(ESD)保護構成要素構成506は、図2に記載された静電放電(ESD)保護構成要素206として実装されてもよい。静電放電(ESD)保護構成要素構成506は、半導体デバイスとして構成され得る。
静電放電(ESD)保護構成要素構成506が誘電体層500、第1の相互接続530、第2の相互接続540、および第3の相互接続550も含むことを除いて、静電放電(ESD)保護構成要素構成506は、図3の静電放電(ESD)保護構成要素構成306と同様である。
第1の相互接続530は、第1のコンタクト相互接続330に結合される。第2の相互接続540は、第2のコンタクト相互接続340および第3のコンタクト相互接続342に結合される。第3の相互接続550は、第4のコンタクト相互接続350に結合される。第1の相互接続530は、接地基準信号(Vss)に対する電気経路を設けるように構成されてよい。第2の相互接続540は、入力/出力(I/O)信号に対する電気経路を設けるように構成されてよい。第3の相互接続550は、電力信号(Vdd)に対する電気経路を設けるように構成されてよい。第1の相互接続530は、(たとえば、マイクロバンプおよび/またははんだ相互接続を介して)第1の複数の相互接続270に結合されてもよい。第2の相互接続540は、(たとえば、マイクロバンプおよび/またははんだ相互接続を介して)第2の複数の相互接続272に結合されてもよい。第3のコンタクト相互接続550は、(たとえば、マイクロバンプおよび/またははんだ相互接続を介して)第3の複数の相互接続274に結合されてもよい。
図4と同様に、図5の静電放電(ESD)保護構成要素206は、1つまたは複数(たとえば、複数)の静電放電(ESD)保護構成要素構成506を含み得る。
図6は、別の静電放電(ESD)保護構成要素の一例の図を示す。図6に示すように、静電放電(ESD)保護構成要素206は、アレイ状に配列された複数の静電放電(ESD)保護構成要素構成506(たとえば、506a〜h)を含む。図6の静電放電(ESD)保護構成要素206が複数の静電放電(ESD)保護構成要素構成306(たとえば、306a〜b以上)を表し得ることに留意されたい。明快のために、静電放電(ESD)保護構成要素206のすべての構成要素が図6に示されているとは限らないことにも留意されたい。図6の静電放電(ESD)保護構成要素206は、半導体デバイスとして構成され得る。
図6は、様々な静電放電(ESD)保護構成要素構成506(たとえば、506a〜h)が静電放電(ESD)保護構成要素206内でどのように互いに電気的に結合され得るかの一例を示す。より具体的には、図6は、静電放電(ESD)保護構成要素構成506のいくつかが、接地基準信号(たとえば、Vss)および電力信号(たとえば、Vdd)に対する1つまたは複数の経路(たとえば、1つまたは複数の電気経路)をどのように共有し得るかを示す。図6に示すように、第1の相互接続530aは、様々な静電放電(ESD)保護構成要素構成506の第1のコンタクト相互接続330に結合される。同様に、第3の相互接続550aは、様々な静電放電(ESD)保護構成要素構成506の第4のコンタクト相互接続350に結合される。
第1の相互接続530aは、接地基準信号(たとえば、Vss)に対する電気経路を設けるように構成された第1の相互接続600に結合されてよい。第1の相互接続600は、基板202のビアおよび/またははんだ相互接続を含み得る。第2の相互接続540aは、入力/出力(I/O)信号に対する電気経路を設けるように構成された第2の相互接続610に結合されてよい。第2の相互接続610は、基板202のビアおよび/またははんだ相互接続を含み得る。第3の相互接続550aは、電力信号(たとえば、Vdd)に対する電気経路を設けるように構成された第3の相互接続620に結合されてよい。第3の相互接続620は、基板202のビアおよび/またははんだ相互接続を含み得る。
図6は、第1の相互接続530bが、様々な他の静電放電(ESD)保護構成要素構成506(たとえば、506e〜h)の第1のコンタクト相互接続330に結合されていることをさらに示す。同様に、第3の相互接続550bは、様々な他の静電放電(ESD)保護構成要素構成506(たとえば、506e〜h)の第4のコンタクト相互接続350に結合される。
第1の相互接続530bは、接地基準信号(たとえば、Vss)に対する電気経路を設けるように構成された第1の相互接続630に結合されてよい。第1の相互接続630は、基板202のビアおよび/またははんだ相互接続を含み得る。第2の相互接続540bは、入力/出力(I/O)信号に対する電気経路を設けるように構成された第2の相互接続640に結合されてよい。第2の相互接続640は、基板202のビアおよび/またははんだ相互接続を含み得る。第3の相互接続550bは、電力信号(たとえば、Vdd)に対する電気経路を設けるように構成された第3の相互接続650に結合されてよい。第3の相互接続650は、基板202のビアおよび/またははんだ相互接続を含み得る。
集積回路(IC)パッケージ200およびダイ204において静電放電(ESD)保護を提供するためにダイオードがどのように構成され、配置され、および/または電気的に結合され得るかの例が、少なくとも図7および図10にさらに示され、後述される。
[静電放電(ESD)保護構成要素を含む集積回路(IC)パッケージの例示的な回路図]
図7は、集積回路(IC)パッケージ(たとえば、デバイスパッケージ)において静電放電(ESD)保護を提供するように構成されたいくつかのダイオードを含む例示的な回路図700を示す。回路図700は、ダイ回路702と、パッケージ基板回路704と、静電放電(ESD)保護回路706とを含む。静電放電(ESD)保護回路706は、パッケージ基板回路704の一部であり得る。ダイ回路702は、ダイ204の回路の少なくとも一部を表し得る。パッケージ基板回路704は、基板202の回路の少なくとも一部を表し得る。静電放電(ESD)保護回路706は、静電放電(ESD)保護構成要素206の回路の少なくとも一部を表し得る。
ダイ回路702は、第1の端子710(たとえば、内部ダイ回路I/O)、第2の端子712、第3の端子714、および第4の端子716を含む。第1の端子710、第2の端子712、第3の端子714、および第4の端子716は、ダイ(たとえば、ダイ204)の入力/出力(I/O)端子であり得る。回路図700の異なる実装は、異なる数の端子を有し得る。
ダイ回路702は、互いに直列および/または並列に配置された複数のダイオード720も含む。複数のダイオード720は、ダイ(たとえば、ダイ204)の静電放電(ESD)保護構成要素(たとえば、内部静電放電(ESD)保護構成要素240)として構成され得る。
複数のダイオード720は、ダイオード722と、ダイオード724と、ダイオード726と、ダイオード728とを含む。ダイオード722は、ダイオード724に直列に結合されている。第1の端子710は、ダイオード722とダイオード724との間に接続されている。ダイオード726は、ダイオード728に直列に結合されている。第2の端子712は、ダイオード726とダイオード728との間に接続されている。ダイオード722およびダイオード724は、ダイオード726およびダイオード728と並行している。接地基準信号(Vss)のための接地端子730は、ダイオード722およびダイオード726のアノード部分に結合されている。電力信号(Vdd)のための電力端子732は、ダイオード724およびダイオード728のカソード部分に結合されている。
静電放電(ESD)保護回路706は、複数のダイオード760を含む。複数のダイオード760は、パッケージ基板(たとえば、基板202)に結合された静電放電(ESD)保護構成要素(たとえば、静電放電(ESD)保護構成要素206)として構成され得る。
複数のダイオード760は、ダイオード762と、ダイオード764と、ダイオード766と、ダイオード768とを含む。ダイオード762は、ダイオード764に直列に結合されている。ダイオード766は、ダイオード768に直列に結合されている。ダイオード762およびダイオード764は、ダイオード766およびダイオード768と並行している。接地基準信号(Vss)のための接地端子730は、ダイオード762およびダイオード766のアノード部分に結合されている。電力信号(Vdd)のための電力端子732は、ダイオード764およびダイオード768のカソード部分に結合されている。ダイオード722とダイオード724との間の端子は、ダイオード762とダイオード764との間の端子に結合されている。ダイオード726とダイオード728との間の端子は、ダイオード766とダイオード768との間の端子に結合されている。
図7はまた、入力/出力端子(たとえば、第1の端子710)、接地端子730、および電力端子732がプリント回路板(PCB)回路708に結合されていることも示す。PCB回路708は、PCB250の回路の少なくとも一部を表し得る。いくつかの実装形態では、回路図700は、ダイの内部静電放電(ESD)保護構成要素およびパッケージ基板の静電放電(ESD)保護構成要素が、どのように(たとえば、集積回路(IC)パッケージのダイなど)集積回路(IC)パッケージについての累積静電放電(ESD)保護を提供し得るかを示す。
図7は、集積回路(IC)パッケージについてのロバストな保護を提供するために、累積静電放電(ESD)保護がどのように使用され得るかを示す。いくつかの実装形態では、累積静電放電(ESD)保護は、より効果的で強力な静電放電(ESD)保護を提供するために、互いに関連して使用される2つ以上の静電放電(ESD)保護構成要素(たとえば、並列および/または直列に結合された静電放電(ESD)保護構成要素)の使用である。たとえば、類推として、互いに直列に結合された2つの抵抗は、互いに直列に結合された個々の抵抗の各々よりも高い抵抗を有する等価抵抗を提供する。
同様に、互いに結合された2つ以上の静電放電(ESD)保護構成要素は、個々の静電放電(ESD)保護構成要素の各々よりも大きい静電放電(ESD)保護を提供する累積静電放電(ESD)保護構成要素を提供する。したがって、集積回路(IC)パッケージの異なる部分から静電放電(ESD)保護構成要素をグループ化することによって、本開示は、効果的で効率的でロバストな静電放電(ESD)保護を提供する。
さらに、累積静電放電(ESD)保護は、静電放電(ESD)保護構成要素のうちの1つが故障した場合、または設計どおりに動作しない場合でも、静電放電(ESD)保護を提供し得る。したがって、いくつかの静電放電(ESD)保護構成要素の使用による累積静電放電(ESD)保護は、集積回路(IC)パッケージについてのフォールトトレラント静電放電(ESD)保護を提供し得る。たとえば、ダイ回路702内の静電放電(ESD)保護構成要素が故障した(または適切に動作しない)場合、パッケージ基板回路704に結合された静電放電(ESD)保護回路706は、(たとえば、ICパッケージのダイなど)集積回路(IC)パッケージについての静電放電(ESD)保護を提供するように依然として働き得る。
[静電放電(ESD)保護構成要素を含む例示的な集積回路(IC)パッケージ]
いくつかの実装形態では、静電放電(ESD)保護構成要素がパッケージ基板に埋め込まれ得る。図8は、パッケージ基板内に埋め込まれた静電放電(ESD)保護構成要素を含むデバイスパッケージの一例を示す。具体的には、図8は、基板802と、ダイ204と、静電放電(ESD)保護構成要素806と、カプセル化層210とを含む集積回路(IC)パッケージ800の一例を示す。集積回路(IC)パッケージ800はプリント回路板(PCB)250上に取り付けられる。ダイ204は、いくつかのトランジスタおよび/または他の電子構成要素を含む集積回路(IC)であり得る。ダイ204は論理ダイおよび/またはメモリダイであり得る。ダイ204は、内部静電放電(ESD)保護構成要素240を含み得る。
図8の集積回路(IC)パッケージ800は、静電放電(ESD)保護構成要素806が基板802内に埋め込まれている点を除いて、図2の集積回路(IC)パッケージ200と同様である。いくつかの実装形態では、静電放電(ESD)保護構成要素806は、図3〜図6に記載された静電放電(ESD)保護構成要素206と同様である。
図8は、静電放電(ESD)保護構成要素806に結合された第1の複数の相互接続870、第2の複数の相互接続872、および第3の複数の相互接続874を示す。第1の複数の相互接続870は、基板802の中/上に位置している。第1の複数の相互接続870は、トレース、ビア、および/またはパッドを含み得る。第1の複数の相互接続870は、ダイ204との間の第1の入力/出力(I/O)信号のための電気経路を提供するように構成され得る。第2の複数の相互接続872は、基板802の中/上に位置している。第2の複数の相互接続872は、トレース、ビア、および/またはパッドを含み得る。第2の複数の相互接続872は、ダイ204に対する電力信号(たとえば、Vdd)のための電気経路を提供するように構成され得る。第3の複数の相互接続874は、基板802の中/上に位置している。第3の複数の相互接続874は、トレース、ビア、および/またはパッドを含み得る。第3の複数の相互接続874は、ダイ204からの接地基準信号(たとえば、Vss)のための電気経路を提供するように構成され得る。第1の複数の相互接続870、第2の複数の相互接続872、および/または第3の複数の相互接続872は、(たとえば、第1の複数のはんだボール242を通じて)ダイ204に結合され得る。異なる実装形態は、静電放電(ESD)保護構成要素806に結合される相互接続の数が異なってもよい。
いくつかの実装形態では、いくつかの静電放電(ESD)保護構成要素(たとえば、ダイの内部静電放電(ESD)保護構成要素240およびパッケージ基板の静電放電(ESD)保護構成要素806)は、図7で上述したように、ダイ204および集積回路(IC)パッケージ800についての累積静電放電(ESD)保護を提供する。
[インターポーザに結合された静電放電(ESD)保護構成要素を含む例示的な集積回路(IC)パッケージ]
いくつかの実装形態では、静電放電(ESD)保護構成要素がインターポーザに結合され得る。図9は、インターポーザに結合された静電放電(ESD)保護構成要素を含むデバイスパッケージの一例を示す。具体的には、図9は、基板202と、ダイ204と、静電放電(ESD)保護構成要素206と、カプセル化層210とを含む集積回路(IC)パッケージ200の一例を示す。集積回路(IC)パッケージ200は、複数のはんだボール252を介してインターポーザ902に結合される。インターポーザ902は、複数のはんだボール952を介してプリント回路基板(PCB)250に結合される。
図9の集積回路(IC)パッケージ200は、集積回路(IC)パッケージ200が、静電放電(ESD)保護構成要素906を含むインターポーザ902に結合されている点を除いて、図2の集積回路(IC)パッケージ200と同様である。いくつかの実装形態では、静電放電(ESD)保護構成要素906は、図3〜図6に記載された静電放電(ESD)保護構成要素206と同様である。いくつかの実装形態では、インターポーザ902は、集積回路(IC)パッケージ200の代わりに、図8の集積回路(IC)パッケージ800に結合され得る。
図9は、静電放電(ESD)保護構成要素906に結合された第1の複数の相互接続970、第2の複数の相互接続972、および第3の複数の相互接続974を示す。第1の複数の相互接続970は、インターポーザ902の中/上に位置している。第1の複数の相互接続970は、トレース、ビア、パッド、バンプ、および/またははんだ相互接続を含み得る。第1の複数の相互接続970は、ダイ204との間の第1の入力/出力(I/O)信号のための電気経路を提供するように構成され得る。第2の複数の相互接続972は、インターポーザ902の中/上に位置している。第2の複数の相互接続972は、トレース、ビア、パッド、バンプ、および/またははんだ相互接続を含み得る。第2の複数の相互接続972は、ダイ204に対する電力信号(たとえば、Vdd)のための電気経路を提供するように構成され得る。第3の複数の相互接続974は、インターポーザ902の中/上に位置している。第3の複数の相互接続974は、トレース、ビア、パッド、バンプ、および/またははんだ相互接続を含み得る。第3の複数の相互接続974は、ダイ204からの接地基準信号(たとえば、Vss)のための電気経路を提供するように構成され得る。第1の複数の相互接続970、第2の複数の相互接続972、および/または第3の複数の相互接続972は、(たとえば、第1の複数のはんだボール242、はんだボール252を通じて)ダイ204に結合され得る。異なる実装形態は、静電放電(ESD)保護構成要素906に結合される相互接続の数が異なってもよい。さらに、静電放電(ESD)保護構成要素906の位置または場所は、異なる実装形態において異なってもよい。たとえば、静電放電(ESD)保護構成要素906は、インターポーザ902の上に配置されてもよく、またはインターポーザ902内に埋め込まれてもよい。
いくつかの実装形態では、いくつかの静電放電(ESD)保護構成要素(たとえば、ダイの内部静電放電(ESD)保護構成要素240、パッケージ基板の静電放電(ESD)保護構成要素206、および/またはインターポーザの静電放電(ESD)保護構成要素906)は、ダイ204および集積回路(IC)パッケージ200についての累積静電放電(ESD)保護を提供し得る。累積静電放電(ESD)保護については、図10でさらに詳細に後述する。
[インターポーザに結合された静電放電(ESD)保護構成要素を含む集積回路(IC)パッケージの例示的な回路図]
図10は、集積回路(IC)パッケージにおいて静電放電(ESD)保護を提供するように構成されたいくつかのダイオードを含む別の例示的な回路図1000を示す。回路図1000は、追加の静電放電(ESD)保護のための追加の回路を含む点を除いて、図7の回路図700と同様である。回路図1000は、図7において上述したように、ダイ回路702と、パッケージ基板回路704と、静電放電(ESD)保護回路706とを含む。
回路図1000はまた、インターポーザ回路1004と、静電放電(ESD)保護回路1006とを含む。静電放電(ESD)保護回路1006は、インターポーザ回路1004の一部であり得る。インターポーザ回路1004は、インターポーザ902の回路の少なくとも一部を表し得る。静電放電(ESD)保護回路1006は、静電放電(ESD)保護構成要素906の回路の少なくとも一部を表し得る。
静電放電(ESD)保護回路1006は、複数のダイオード1060を含む。複数のダイオード1060は、インターポーザ(たとえば、インターポーザ902)に結合された静電放電(ESD)保護構成要素(たとえば、静電放電(ESD)保護構成要素906)として構成され得る。
複数のダイオード1060は、ダイオード1062と、ダイオード1064と、ダイオード1066と、ダイオード1068とを含む。ダイオード1062は、ダイオード1064に直列に結合されている。ダイオード1066は、ダイオード1068に直列に結合されている。ダイオード1062およびダイオード1064は、ダイオード1066およびダイオード1068と並行している。接地基準信号(Vss)のための接地端子1030は、ダイオード1062およびダイオード1066のアノード部分に結合されている。電力信号(Vdd)のための電力端子1032は、ダイオード1064およびダイオード1068のカソード部分に結合されている。ダイオード1062とダイオード1064との間の端子は、ダイオード762とダイオード764との間の端子に結合されている。ダイオード1066とダイオード1066との間の端子は、ダイオード766とダイオード768との間の端子に結合されている。
いくつかの実装形態では、回路図1000は、ダイの内部静電放電(ESD)保護構成要素240、パッケージ基板の静電放電(ESD)保護構成要素206、および/またはインターポーザの静電放電(ESD)保護構成要素906が、ダイ204および集積回路(IC)パッケージ200についての累積静電放電(ESD)保護をどのように提供し得るかを示す。
図10は、集積回路(IC)パッケージについてのロバストな保護を提供するために、累積静電放電(ESD)保護がどのように使用され得るかを示す。いくつかの実装形態では、累積静電放電(ESD)保護は、より効果的で強力な静電放電(ESD)保護を提供するために、互いに関連して使用される2つ以上の静電放電(ESD)保護構成要素(たとえば、並列および/または直列に結合された静電放電(ESD)保護構成要素)の使用である。たとえば、類推として、互いに直列に結合された2つの抵抗は、互いに直列に結合された個々の抵抗の各々よりも高い抵抗を有する等価抵抗を提供する。
同様に、互いに結合された2つ以上の静電放電(ESD)保護構成要素は、個々の静電放電(ESD)保護構成要素の各々よりも大きい静電放電(ESD)保護を提供する累積静電放電(ESD)保護構成要素を提供する。したがって、集積回路(IC)パッケージの異なる部分から静電放電(ESD)保護構成要素をグループ化することによって、本開示は、効果的で効率的でロバストな静電放電(ESD)保護を提供する。累積静電放電(ESD)保護は、ダイ回路702の静電放電(ESD)保護構成要素、パッケージ基板回路704の静電放電(ESD)保護回路706、および/またはインターポーザ回路1004の静電放電(ESD)保護回路1006からの静電放電(ESD)保護を含み得る。
さらに、累積静電放電(ESD)保護は、静電放電(ESD)保護構成要素のうちの1つまたは複数が故障した場合、または設計どおりに動作しない場合でも、静電放電(ESD)保護を提供し得る。したがって、いくつかの静電放電(ESD)保護構成要素の使用による累積静電放電(ESD)保護は、集積回路(IC)パッケージについてのフォールトトレラント静電放電(ESD)保護を提供し得る。たとえば、パッケージ基板回路704に結合された静電放電(ESD)保護回路706が故障した(または正常に動作しない)場合、インターポーザ回路1004に結合された静電放電(ESD)保護回路1006は、(たとえば、ICパッケージのダイなど)集積回路(IC)パッケージについての静電放電(ESD)保護を提供するように依然として働き得る。
[静電放電(ESD)保護構成要素を含む集積回路(IC)パッケージを作製するための例示的なシーケンス]
いくつかの実装形態では、静電放電(ESD)保護構成要素を含む集積回路(IC)パッケージを設ける/作製することは、いくつかのプロセスを含む。図11(図11A〜図11Cを含む)は、静電放電(ESD)保護構成要素であり得るデバイスパッケージ(たとえば、集積回路(IC)パッケージ)を設ける/作製するための例示的なシーケンスを示す。いくつかの実装形態では、図11A〜図11Cのシーケンスは、図8の集積回路(IC)パッケージ800および/または本開示内で説明される他の集積回路(IC)パッケージを設ける/作製するために使用され得る。
図11A〜図11Cのシーケンスは、静電放電(ESD)保護構成要素を含む集積回路(IC)パッケージを設ける/作製するためのシーケンスを単純化および/または明確にするために、1つまたは複数のステージを組み合わせてもよいことに留意されたい。いくつかの実装では、プロセスの順序が変更または修正され得る。
図11Aに示されるように、ステージ1は、誘電体層1100が提供された後の状態を示す。誘電体層1100はコア層であり得る。いくつかの実装形態では、誘電体層1100はサプライヤによって提供される。いくつかの実装形態では、誘電体層1100は作製される(たとえば、形成される)。
ステージ2は、第1の空洞1101および第2の空洞1103が誘電体層1100内に形成された後の状態を示す。異なる実装は、第1の空洞1101および第2の空洞1103を異なる方式で形成し得る。いくつかの実装形態では、空洞を形成するためにレーザプロセスが使用され得る。
ステージ3は、第1の金属層1102および第2の金属層1104が誘電体層1100上に形成された後の状態を示す。第1の金属層1102および第2の金属層1104の形成およびパターニングは、誘電体層1100上に相互接続(たとえば、トレース、パッド、ビア)を形成し、画定し得る。異なる実装は、第1の金属層1102および第2の金属層1104を形成するために異なるプロセスを使用し得る。金属層をパターニングするためにフォトリソグラフィプロセス(たとえば、フォトエッチングプロセス)が使用され得る。パターニング方法は、モディファイドセミアディティブまたはセミアディティブパターニングプロセス(SAP)を含み得る。
ステージ4は、空洞1107が誘電体層1100内に形成された後の状態を示す。いくつかの実装形態では、誘電体層1100の部分を形成(たとえば、除去)するためにレーザが使用される。
ステージ5は、相互接続を含む誘電体層1100がキャリア1110に結合された後の状態を示す。
ステージ6は、誘電体層1100(たとえば、コア層)の空洞1107内に静電放電(ESD)保護構成要素806が配置された後の状態を示す。静電放電(ESD)保護構成要素806は、本開示で説明した静電放電(ESD)保護構成要素のいずれかであり得る。静電放電(ESD)保護構成要素806は、キャリア1110上に配置される。
図11Bに示されるように、ステージ7は、誘電体層1100、空洞1107、および静電放電(ESD)保護構成要素806の第1の面上に第2の誘電体層1114が形成された後の状態を示す。第2の誘電体層1114はプリペグ層であり得る。
ステージ8は、キャリア1110が誘電体層1100から分離された(たとえば、切り離された)後の状態を示す。
ステージ9は、第3の誘電体層1116が誘電体層1100の第2の側面上に形成された後の状態を示す。いくつかの実装形態では、第3の誘電体層1116と第2の誘電体層1114とは同一の誘電体層である。ステージ9は、第2の誘電体層1114および/または第3の誘電体層が静電放電(ESD)保護構成要素806を少なくとも部分的にカプセル化することを示す。
ステージ10は、空洞1117が第2の誘電体層1114内に形成され、空洞1119が第3の誘電体層1116内に形成された後の状態を示す。空洞を形成するためにフォトエッチングプロセスが使用され得る。ステージ10は、第2および第3の誘電体層のためのビア空洞形成およびパターニングを含む。パターニング方法は、モディファイドセミアディティブまたはセミアディティブパターニングプロセス(SAP)を含み得る。
ステージ11は、相互接続1120(たとえば、ビア)および相互接続1121(たとえば、トレース)が第2の誘電体層1114内/上に形成され、相互接続1122(たとえば、ビア)および相互接続1123(たとえば、トレース)が第3の誘電体層1116内/上に形成された後の状態を示す。相互接続1120は、相互接続1121および静電放電(ESD)保護構成要素806に結合される。
ステージ12は、第1のはんだレジスト層1124が第2の誘電体層1114上に形成され、第2のはんだレジスト層1126が第3の誘電体層1116上に形成された後の状態を示す。ステージ12は、誘電体層1100、静電放電(ESD)保護構成要素806、第2の誘電体層1114、第3の誘電体層1116、いくつかの相互接続(たとえば、相互接続1120)、第1のはんだレジスト層1124、および第2のはんだレジスト層1126を含む基板1130を示す。基板1130はパッケージ基板であり得る。基板1130は、基板202と同様であってよい。
図11Cに示されるように、ステージ13は、ダイ204が複数のはんだボール1142を通じて基板1130に結合された(たとえば、取り付けられた)後の状態を示す。ダイ204は、異なる方式で基板1130に結合され得る。いくつかの実装形態では、ダイ204は、図2に記載されているように、内部静電放電(ESD)保護構成要素240を含み得る。
ステージ14は、カプセル化層210が基板1130およびダイ204上に形成された後の状態を示す。いくつかの実装形態では、カプセル化層210は、モールドおよび/またはエポキシ充填を含む。
ステージ15は、複数のはんだボール1160が基板1130に結合された後の状態を示す。いくつかの実装形態では、ステージ15は、基板1130、静電放電(ESD)保護構成要素806、ダイ204、およびカプセル化層210を含む集積回路(IC)パッケージ1170を示す。いくつかの実装形態では、集積回路(IC)パッケージ1170は、図8に記載され例示された集積回路(IC)パッケージ800と同様である。
[静電放電(ESD)保護構成要素を含む集積回路(IC)パッケージを作製するための例示的なシーケンス]
いくつかの実装形態では、静電放電(ESD)保護構成要素を含むデバイスパッケージを設ける/作製することは、いくつかのプロセスを含む。図12(図12A〜図12Bを含む)は、静電放電(ESD)保護構成要素を含むデバイスパッケージ(たとえば、集積回路(IC)パッケージ)を設ける/作製するための例示的なシーケンスを示す。いくつかの実装形態では、図12A〜図12Bのシーケンスは、図9の集積回路(IC)パッケージ900および/または本開示内で説明される他の集積回路(IC)パッケージを設ける/作製するために使用され得る。
図12A〜図12Bのシーケンスは、静電放電(ESD)保護構成要素を含む集積回路(IC)パッケージを設ける/作製するためのシーケンスを単純化および/または明確にするために、1つまたは複数のステージを組み合わせてもよいことに留意されたい。いくつかの実装では、プロセスの順序が変更または修正され得る。
図12Aに示されるように、ステージ1は、基板202が提供された後の状態を示す。基板202はパッケージ基板であり得る。基板202は、図2および図9に記載されているように、少なくとも1つの誘電体層(たとえば、コア層、プリペグ層)、いくつかの相互接続(たとえば、トレース、パッド、ビア)、および少なくとも1つのはんだレジスト層(たとえば、第1のはんだレジスト層、第2のはんだレジスト層)を含み得る。
ステージ2は、ダイ204が複数のはんだボール242を通じて基板202に結合された(たとえば、取り付けられた)後の状態を示す。ダイ204は、異なる方式で基板202に結合され得る。いくつかの実装形態では、ダイ204は、図2に記載されているように、内部静電放電(ESD)保護構成要素240を含み得る。
ステージ3は、カプセル化層210が基板202およびダイ204上に形成された後の状態を示す。いくつかの実装形態では、カプセル化層210は、モールドおよび/またはエポキシ充填を含む。
ステージ4は、静電放電(ESD)保護構成要素206が基板202に結合された(たとえば、取り付けられた)後の状態を示す。いくつかの実装形態では、静電放電(ESD)保護構成要素206を基板202に結合するために、はんだが使用され得る。しかしながら、異なる実装形態は、静電放電(ESD)保護構成要素206を基板202に異なる方式で結合してもよい。
ステージ5は、複数のはんだボール252が基板202に結合された後の状態を示す。いくつかの実装形態では、ステージ5は、基板202、静電放電(ESD)保護構成要素206、ダイ204、およびカプセル化層210を含む集積回路(IC)パッケージ200を示す。いくつかの実装形態では、ステージ5における集積回路(IC)パッケージ200は、図2の集積回路(IC)パッケージ200と同様である。
図12Bに示されるように、ステージ6は、インターポーザ902が設けられた後の状態を示す。インターポーザ902は、誘電体層920およびいくつかの相互接続1200を含む。相互接続1200は、トレース、ビア、および/またはパッドを含み得る。相互接続1200は、図9に記載されているように、第1の複数の相互接続970、第2の複数の相互接続972、および第3の複数の相互接続974を含み得る。
ステージ7は、静電放電(ESD)保護構成要素906がインターポーザ902に結合された(たとえば、取り付けられた)後の状態を示す。いくつかの実装形態では、静電放電(ESD)保護構成要素906をインターポーザ902に結合するために、はんだ相互接続が使用され得る。しかしながら、異なる実装形態は、静電放電(ESD)保護構成要素906をインターポーザ902に異なる方式で結合してもよい。
ステージ8は、複数のはんだボール952がインターポーザ902に結合された後の状態を示す。
ステージ9は、静電放電(ESD)保護構成要素906を含むインターポーザ902に集積回路(IC)パッケージ200が結合された後の状態を示す。
[静電放電(ESD)保護構成要素を含む集積回路(IC)パッケージを作製するための方法の例示的な流れ図]
図13は、静電放電(ESD)保護構成要素を含むデバイスパッケージ(たとえば、集積回路(IC)パッケージ)を設ける/作製するための方法1300の例示的な流れ図を示す。いくつかの実装形態では、図13の方法は、図9の集積回路(IC)パッケージ200および/または本開示内で説明される他の集積回路(IC)パッケージを設ける/作製するために使用され得る。
図13の流れ図は、集積回路(IC)パッケージを設けるための方法を単純化および/または明快にするために、1つまたは複数のプロセスを組み合わせ得ることに留意されたい。いくつかの実装では、プロセスの順序が変更または修正され得る。
この方法では、(1305において)基板を設ける。いくつかの実装形態では、基板がサプライヤによって提供される。いくつかの実装形態では、基板が作製される(たとえば、形成される)。基板はパッケージ基板であり得る。基板(たとえば、基板202)は、誘電体層(たとえば、コア層)と、誘電体層上の金属層とを含み得る。
この方法は、(1310において)基板内および基板上に相互接続を形成する。異なる実装形態は、異なるプロセスを使用して相互接続を形成することができる。金属層を相互接続にパターニングするためにフォトリソグラフィプロセス(たとえば、フォトエッチングプロセス)が使用され得る。パターニング方法は、モディファイドセミアディティブまたはセミアディティブパターニングプロセス(SAP)を含み得る。
この方法は、(1315において)静電放電(ESD)保護構成要素(たとえば、静電放電(ESD)保護構成要素206)を基板(たとえば、基板202)に結合する。静電放電(ESD)保護構成要素は、はんだ相互接続を介して(またはバンプおよびはんだ相互接続を介して)基板に結合され得る。
この方法は、(1320において)ダイ(たとえば、ダイ204)を基板(たとえば、基板202)に結合する。ダイは、内部静電放電(ESD)保護構成要素(たとえば、静電放電(ESD)保護構成要素240)を含み得る。ダイを基板に結合するために、複数のはんだボールが使用され得る。
この方法は、(1325において)ダイおよび基板上にカプセル化層(たとえば、カプセル化層210)を形成する。カプセル化層はモールドおよび/またはエポキシ充填を含み得る。いくつかの実装形態では、基板、静電放電(ESD)保護構成要素、ダイ、およびカプセル化層は、集積回路(IC)パッケージ(たとえば、集積回路(IC)パッケージ200)を形成し得る。
この方法は、(1330において)静電放電(ESD)保護構成要素(たとえば、静電放電(ESD)保護構成要素906)を含むインターポーザ(たとえば、インターポーザ902)に集積回路(IC)パッケージ(たとえば、集積回路(IC)パッケージ200)を結合する。いくつかの実装形態では、いくつかの静電放電(ESD)保護構成要素(たとえば、ダイの内部静電放電(ESD)保護構成要素240、パッケージ基板の静電放電(ESD)保護構成要素206、および/またはインターポーザの静電放電(ESD)保護構成要素906)は、ダイ204および集積回路(IC)パッケージ200についての累積静電放電(ESD)保護を提供するように構成され得る。
[静電放電保護(ESD)モデル]
静電放電(ESD)は、接触、電気的短絡、または絶縁破壊によって引き起こされる2つの帯電した物体間の急激な電気の流れである。静電気の蓄積は、摩擦電気または静電誘導によって引き起こされ得る。ESDは、異なる電荷を有する物体が互いに接近したとき、またはそれらの間の誘電体が破壊されたときに発生する。
静電放電(ESD)は、高感度の電子デバイス(たとえば、ダイ、集積回路(IC)パッケージ、デバイスパッケージ)に損傷を与える可能性がある。これらのデバイスは、高電圧にさらされると恒久的な損傷を受ける可能性がある。したがって、これらのデバイスは、あるレベルの静電放電(ESD)に耐えるように設計されている。静電放電(ESD)保護のレベルは、アセンブリ環境によって異なる。たとえば、モバイルデバイスは、自動車デバイスの静電放電(ESD)要求のレベルとは異なるレベルの静電放電(ESD)要件を有し得る。
これらの異なる適用例(たとえば、モバイル適用例、自動車適用例)を考慮するために、デバイスまたはデバイスパッケージ(たとえば、集積回路(IC)パッケージ)が特定の適用例に適しているかどうか(たとえば、デバイスパッケージが自動車用デバイスおよび/または自動車適用例に使用できるかどうか)をテストし、判定するための異なるテストモデルが確立されている。
静電放電(ESD)デストモデルの例には、人体モデル(HBM)テストモデルおよび帯電デバイスモデル(CDM)テストモデルを含む。
HBMテストモデルは、電子構成要素または電子デバイスのESD損傷に対する感受性を特徴付けるために使用される。このテストは、人間が蓄積した電荷を有する場合に発生する可能性がある、電子構成要素上への人間の放電をシミュレートする。
いくつかの実装形態では、HBMテストモデルは、充電抵抗器(たとえば1MΩ以上の抵抗器)およびキャパシタ(たとえば100pFキャパシタ)と直列に高電圧電源を適用することによって設定される。キャパシタが完全に充電された後、スイッチを使用してそれを高電圧電源および直列抵抗から除去し、放電抵抗器(たとえば、1.5kΩの抵抗器)および被試験デバイス(DUT)(たとえば、デバイスパッケージ、集積回路(IC)パッケージ)と直列にそれを適用する。これにより、電圧は、放電抵抗器およびDUTを介して完全に消散する。異なるHBMテストモデルは、デバイスの適用例に応じて、高電圧電源範囲に異なる値を使用し得る。いくつかの実装形態では、テスト中に使用される電圧は、約0.5kVと4kVとの間であり得る。異なる実装形態は、約0.4Aと3Aとの間の異なるピーク電流を使用し得る。いくつかの実装形態では、HBMテストモデルは、約300ナノ秒(nS)以下の放電時間を使用し得る。
CDMテストモデルは、電子集積回路(IC)の経時的な電気的充電をもたらす、機械がしばしば無期限にとどまる自動製造環境においてしばしば生じるものをモデル化するために使用される。ICの一部が接地導体と接触すると、部品のキャパシタンスにおける蓄積した電荷が放電する。
いくつかの実装形態では、CDMテストモデルは、約250Vと1000Vとの間の電圧を使用し得る。CDMテストモデルの例には、250V CDMモデル、500V CDMモデル、750V CDMモデル、および1000V CDMモデルがある。異なる実装形態は、約4Aと12Aとの間の異なるピーク電流を使用し得る。いくつかの実装形態では、CDMテストモデルは、約1ナノ秒(nS)以下の放電時間を使用し得る。
上述のように、使用されるESDテストモデルは、そのデバイスが使用されることが意図されている、または実装される適用例に依存する。たとえば、モバイルデバイスは、自動車用デバイスのESDテストモデルとは異なる特定のESDテストモデルを必要とし得る。
いくつかの実装形態では、たとえば、モバイルデバイスにおいて、またはモバイル適用例として使用されるように設計されたデバイスパッケージ(たとえば、集積回路(IC)パッケージ)は、モバイルデバイスのテストモデルに合格し得るが、デバイス回路またはパッケージに変更を加えることなく、自動車用デバイスまたは自動車適用例のテストモデルに合格できない場合がある。いくつかの実装形態では、デバイスパッケージが異なるテストモデルに確実に合格するように、デバイスパッケージ内に1つまたは複数の静電放電保護(ESD)構成要素が設けられる。いくつかの実装形態では、この手法を使用することによって、ダイおよびデバイスパッケージが最初に設計されたものとは異なる電子デバイスにおいて使用および実装されるデバイスパッケージを提供しながら、デバイスパッケージ内のダイを再設計する必要がなくなり、かなりの設計および製造コストが節約される。
[例示的な電子デバイス]
図14は、上述の集積回路デバイス、半導体デバイス、集積回路、ダイ、インターポーザ、パッケージ、またはパッケージオンパッケージ(PoP)のいずれかと統合され得る様々な電子デバイスを示す。たとえば、モバイル電話デバイス1402、ラップトップコンピュータデバイス1404、および固定位置端末デバイス1406が、本明細書で説明する集積回路デバイス1400を含んでもよい。集積回路デバイス1400は、たとえば、本明細書で説明した集積回路、ダイ、集積回路デバイス、集積回路デバイスパッケージ、集積回路デバイス、パッケージオンパッケージデバイスのうちのいずれかとすることができる。図14に示すデバイス1402、1404、1406は例にすぎない。また、他の電子デバイスは、限定はしないが、モバイルデバイス、ハンドヘルドパーソナル通信システム(PCS)ユニット、携帯情報端末などのポータブルデータユニット、全地球測位システム(GPS)対応デバイス、ナビゲーションデバイス、セットトップボックス、音楽プレーヤ、ビデオプレーヤ、娯楽ユニット、メータ読取り機器などの固定位置データユニット、通信デバイス、スマートフォン、タブレットコンピュータ、コンピュータ、ウェアラブルデバイス、サーバ、ルータ、自動車車両(たとえば、自律走行車両)内に実装された電子デバイス、またはデータもしくはコンピュータ命令を記憶し、もしくは取り出す任意の他のデバイス、あるいはそれらの任意の組合せを含むデバイス(たとえば、電子デバイス)のグループを含む集積回路デバイス1400を特徴とする場合がある。
図2、図3、図4、図5、図6、図7、図8、図9、図10、図11A〜図11C、図12A〜図12B、図13、および/または図14に示される構成要素、特徴、および/または機能のうちの1つまたは複数が、再構成され、かつ/または単一の構成要素、特徴、または機能として組み合わされ、もしくはいくつかの構成要素または機能で実装され得る。本開示から逸脱することなく、追加の要素、構成要素、および/または機能がさらに追加され得る。本開示における図2、図3、図4、図5、図6、図7、図8、図9、図10、図11A〜図11C、図12A〜図12B、図13、および/または図14、ならびにその対応する説明が、ダイおよび/またはICに限定されないことにも留意されたい。いくつかの実装態様では、図2、図3、図4、図5、図6、図7、図8、図9、図10、図11A〜図11C、図12A〜図12B、図13、および/または図14、ならびにその対応する説明は、集積回路デバイスを製造、作製、提供、および/または生産するために使用され得る。いくつかの実装形態では、デバイスは、ダイ、ダイパッケージ、集積回路(IC)、集積回路デバイス、集積回路(IC)パッケージ、デバイスパッケージ、ウエハ、半導体デバイス、パッケージオンパッケージ構造、および/またはインターポーザを含む場合がある。
「例示的な」という単語は、本明細書では、「例、実例、または例証として機能する」を意味するために使用される。本明細書で「例示的」として説明されている任意の実装形態または態様は、必ずしも本開示の他の態様よりも好ましいまたは有利であると解釈されるべきではない。同様に、「態様」という用語は、本開示のすべての態様が、議論された特徴、利点、または動作モードを含むことを必要としない。「結合される」という用語は、2つの物体間の直接的または間接的な結合を指すために本明細書で使用される。たとえば、物体Aが物体Bに物理的に接触し、物体Bが物体Cに接触する場合、物体AとCはやはり、直接的に物理的に互いに接触しない場合であっても、互いに結合されると見なされ得る。
また、実装形態がフローチャート、フロー図、構造図、またはブロック図として示されるプロセスとして説明され得ることに留意されたい。フローチャートでは動作を順次処理として説明する場合があるが、動作の多くは、並列に実行するかまたはコンカレントに実行することができる。加えて、動作の順序は並べ替えられてよい。プロセスは、その動作が完了したとき、終了される。
本明細書で説明した本開示の様々な特徴は、本開示から逸脱することなく様々なシステムにおいて実装され得る。本開示の上記の態様は例にすぎず、本開示を限定するものとして解釈されるべきではないことに留意されたい。本開示の態様の説明は、例示的であることを意図しており、特許請求の範囲を限定することを意図していない。したがって、本教示は、他のタイプの装置にも容易に適用することができ、多くの代替、修正、および変形が当業者には明らかであろう。
100 集積回路パッケージ
102 ダイ
106 パッケージ基板
108 プリント回路板(PCB)
110 相互接続
112 はんだボール
116 はんだボール
200 集積回路(IC)パッケージ
202 基板
204 ダイ
206 静電放電(ESD)保護構成要素
210 カプセル化層
220 第1の誘電体層
222 第2の誘電体層
223 第3の誘電体層
224 第1のはんだレジスト層
226 第2のはんだレジスト層
227 相互接続
240 内部静電放電(ESP)保護構成要素
242 第1の複数のはんだボール
250 プリント回路板(PCB)
270 第1の複数の相互接続
272 第2の複数の相互接続
274 第3の複数の相互接続
300 第1のP−(光Pドープ)層
302 第1のN−(光Nドープ)層
304 第2のP−層
306 静電放電(ESD)保護構成要素構成
308 第1のP+(重度Pドープ)層
310 第1のN+(重度Nドープ)層
312 第2のP+層
320 第2のN−層
322 第2のN+層
330 第1のコンタクト相互接続
340 第2のコンタクト相互接続
342 第3のコンタクト相互接続
350 第4のコンタクト相互接続
360 第1のダイオード
370 第2のダイオード
500 誘電体層
506 静電放電(ESD)保護構成要素構成
530 第1の相互接続
540 第2の相互接続
550 第3の相互接続
600 第1の相互接続
610 第2の相互接続
702 ダイ回路
704 パッケージ基板回路
706 静電放電(ESD)保護回路
708 プリント回路板(PCB)回路
710 第1の端子
712 第2の端子
714 第3の端子
716 第4の端子
720 ダイオード
722 ダイオード
724 ダイオード
726 ダイオード
728 ダイオード
730 接地端子
732 電力端子
760 ダイオード
762 ダイオード
764 ダイオード
766 ダイオード
768 ダイオード
800 集積回路(IC)パッケージ
802 基板
806 静電放電(ESD)保護構成要素
870 第1の複数の相互接続
872 第2の複数の相互接続
874 第3の複数の相互接続
902 インターポーザ
906 静電放電(ESD)保護構成要素
970 第1の複数の相互接続
972 第2の複数の相互接続
974 第3の複数の相互接続
1004 インターポーザ回路
1006 静電放電(ESD)保護回路
1060 複数のダイオード
1062 ダイオード
1064 ダイオード
1066 ダイオード
1068 ダイオード
1100 誘電体層
1101 第1の空洞
1102 第1の金属層
1103 第2の空洞
1104 第2の金属層
1107 空洞
1110 キャリア
1114 第2の誘電体層
1116 第3の誘電体層
1120 相互接続
1121 相互接続
1122 相互接続
1123 相互接続
1124 第1のはんだレジスト層
1126 第2のはんだレジスト層
1130 基板
1200 相互接続
1400 集積回路デバイス
1402 モバイル電話デバイス
1404 ラップトップコンピュータデバイス
1406 固定位置端末デバイス

Claims (20)

  1. 集積回路(IC)パッケージであって、
    ダイと、
    前記ダイに結合されたパッケージ基板と、
    前記パッケージ基板に結合された第1の静電放電(ESD)保護構成要素であり、パッケージレベルの静電放電(ESD)保護を提供するように構成された第1の静電放電(ESD)保護構成要素と
    を含む集積回路(IC)パッケージ。
  2. 前記第1の静電放電(ESD)保護構成要素が、前記パッケージ基板に埋め込まれている、請求項1に記載の集積回路(IC)パッケージ。
  3. 前記ダイが、ダイレベル静電放電(ESD)保護を提供するように構成された内部静電放電(ESD)保護構成要素を含む、請求項1に記載の集積回路(IC)パッケージ。
  4. 前記内部静電放電(ESD)保護構成要素および前記第1の静電放電(ESD)保護構成要素が、前記集積回路(IC)パッケージについての累積静電放電(ESD)保護を提供するように構成される、請求項3に記載の集積回路(IC)パッケージ。
  5. 前記内部静電放電(ESD)保護構成要素および前記第1の静電放電(ESD)保護構成要素が、前記集積回路(IC)パッケージついてのフォールトトレラント静電放電(ESD)保護を提供するように構成される、請求項3に記載の集積回路(IC)パッケージ。
  6. 前記ダイが、前記集積回路(IC)パッケージに供給される第1の電圧で動作するように構成され、前記第1の静電放電(ESD)保護構成要素は、前記集積回路(IC)パッケージが第2の放電電圧を前記集積回路(IC)パッケージに供給する電源に結合されたとき、前記ダイが動作できるようにする、請求項1に記載の集積回路(IC)パッケージ。
  7. 前記ダイが、前記集積回路(IC)パッケージに供給される第1の電流で動作するように構成され、前記第1の静電放電(ESD)保護構成要素は、前記集積回路(IC)パッケージが第2の放電電流を前記集積回路(IC)パッケージに供給する電源に結合された場合、前記ダイが動作できるようにする、請求項1に記載の集積回路(IC)パッケージ。
  8. 前記第1の静電放電(ESD)保護構成要素が、複数のダイオードを含む、請求項1に記載の集積回路(IC)パッケージ。
  9. 前記複数のダイオードからの前記ダイオードの少なくともいくつかが、電力信号を共有するように構成される、請求項8に記載の集積回路(IC)パッケージ。
  10. 前記複数のダイオードからの前記ダイオードの少なくともいくつかが、接地基準信号を共有するように構成される、請求項8に記載の集積回路(IC)パッケージ。
  11. 前記ダイが、複数の入力/出力(I/O)端子を含み、各入力/出力(I/O)端子が、前記複数のダイオードからの少なくとも1つのダイオードに結合される、請求項8に記載の集積回路(IC)パッケージ。
  12. 前記第1の静電放電(ESD)保護構成要素が、
    第1のP+層と、
    前記第1のP+層に結合された第1の相互接続と、
    第1のN+層と、
    第2のP+層と、
    前記第1のN+層および前記第2のP+層に結合された第2の相互接続と、
    第2のN+層と、
    前記第2のN+層に結合された第3の相互接続と
    を含む、請求項1に記載の集積回路(IC)パッケージ。
  13. 前記第1の相互接続が、接地基準信号(Vss)に対する第1の電気経路を提供するように構成され、前記第2の相互接続が、入力/出力(I/O)信号に対する第2の電気経路を提供するように構成され、前記第3の相互接続が、電力信号(Vdd)に対する第3の電気経路を提供するように構成される、請求項12に記載の集積回路(IC)パッケージ。
  14. 誘電体層をさらに備える、請求項12に記載の集積回路(IC)パッケージ。
  15. 前記第1のP+層を少なくとも部分的にカプセル化する第2のP−層と、
    前記第2のP−層および前記第1のN+層を少なくとも部分的にカプセル化する第1のN−層と、
    前記第2のN+層を少なくとも部分的にカプセル化する第2のN−層と、
    前記第1のN−層、前記第2のP+層、および前記第2のN−層を少なくとも部分的にカプセル化する第1のP−層と
    をさらに含む、請求項12に記載の集積回路(IC)パッケージ。
  16. 前記第1の静電放電(ESD)保護構成要素が、
    前記第2のP−層および前記第1のN−層を含む第1のダイオードと、
    前記第2のN−層および前記第1のP−層を含む第2のダイオードと
    を含む、請求項15に記載の集積回路(IC)パッケージ。
  17. 前記集積回路(IC)パッケージが、第2の静電放電(ESD)保護構成要素を含むインターポーザに結合され、前記集積回路(IC)パッケージが、前記インターポーザおよび前記第2の静電放電(ESD)保護構成要素をさらに含む、請求項1に記載の集積回路(IC)パッケージ。
  18. 前記第1の静電放電(ESD)保護構成要素および前記第2の静電放電(ESD)保護構成要素が、前記集積回路(IC)パッケージついての累積静電放電(ESD)保護を提供するように構成される、請求項17に記載の集積回路(IC)パッケージ。
  19. 前記第1の静電放電(ESD)保護構成要素および前記第2の静電放電(ESD)保護構成要素が、前記集積回路(IC)パッケージついてのフォールトトレラント静電放電(ESD)保護を提供するように構成される、請求項17に記載の集積回路(IC)パッケージ。
  20. 音楽プレーヤ、ビデオプレーヤ、エンターテイメントユニット、ナビゲーションデバイス、通信デバイス、モバイルデバイス、携帯電話、スマートフォン、携帯情報端末、固定位置端末、タブレットコンピュータ、コンピュータ、ウェアラブルデバイス、ラップトップコンピュータ、サーバ、自動車両内のデバイスからなる群から選択されたデバイス内に組み込まれ、前記デバイスをさらに含む請求項1に記載の集積回路(IC)パッケージ。
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