JP3123638B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、片面をトランスファー
・モールドしたＰＢＧＡ（プラスチック・ボール・グリ
ッド・アレイ）型の半導体装置に係る、詳細には、一面
側に、熱拡散機能及びアース機能を有するグランドプレ
ーンとソルダー・ボールを接続する外部接続端子ランド
とを隔離して備えた導体回路パターンを有する半導体チ
ップ搭載回路基板の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体装置は、
半導体チップの微細化及び半導体装置のダウン・サイジ
ング化、低コスト化に対応してＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒ
ｉｄ Ａｒｒａｙ）と称され、半導体装置の複数の外部
接続端子に格子状に配列されたソルダー・ボールを用
い、これを実装基板上に設けたマウンティング・パッド
に一括実装する方法が提案されている。
【０００３】この種のＢＧＡ型の半導体装置には、ポリ
イミド樹脂テープ又はガラス・クロス・エポキシ樹脂基
材（一例として、ＦＲ−４）から成り、その両面に銅箔
を圧着し、一方側の銅箔に半導体チップ搭載ステージと
その周辺に放射状に離間して配列された複数の第１の導
体リードとを具備する第１の導体回路パターン、他面側
に、前記複数の第１の導体リードと導通回路を形成する
バイアから分岐した第２の導体リードを有する第２の導
体回路パターンを有する半導体チップ搭載回路基板と、
前記半導体チップ搭載回路基板に搭載された半導体チッ
プと、前記半導体チップ面に形成された電極パッドと前
記導体リードのワイヤボンディングパッドとを接続して
電気的導通回路を形成するボンディングワイヤと、前記
半導体チップの搭載面側を封止する樹脂封止部材と、前
記導体回路パターンの導体リードの外部接続端子ランド
に電気的に接続され、半導体チップを外部接続するため
のソルダー・ボールとから構成されたものがある。ここ
で、前記導体リードは一端部にワイヤボンディングパッ
ドを設け、他端部には前記半導体チップ搭載回路基板を
貫通するバイアを設けたもである。
【０００４】
【発明が解決しようする課題】しかしながら、上記の従
来例に係るＰＢＧＡ型の半導体装置にあって、前記半導
体チップ搭載回路基板は、一方面側に、ワイヤボンディ
ングパッド、半導体チップ搭載回路基板を貫通するバイ
アを有する複数の第１の導体リードから成る第１の導体
回路パターン層と、その反対面側に前記バイアから分岐
し、端部に外部接続端子ランドを備えた複数の第２の導
体リードから成る第２の導体回路パターンとを有する構
成とされているので、半導体チップが発生する熱の熱拡
散特性、寄生電流によるクロストーク・ノイズの発生に
よる高周波応答特性、導電回路長さによる電気的効率特
性、樹脂基材の耐湿特性など、近来の１０Ｗ、１００Ｍ
Ｈｚ以上の半導体装置が要求する高機能特性に対応でき
ないと言う問題が生じていた。
【０００５】
【発明の目的】本発明の目的とするところは、従来技術
のもつ課題である導体回路パターン層に発生する寄生電
流によるクロストーク・ノイズの抑制及び熱拡散性の向
上並びに導電回路を短縮することにより、電磁ノイズの
発生によって生じる半導体装置の動作不良を防ぎ、高機
能特性の要求に対応する半導体装置を提供することにあ
る。
【０００６】さらに、第２の目的は、片面トランスファ
モールドされたレジンパッケージと半導体チップ搭載回
路基板との密着性を向上させることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成させる
請求項１記載の半導体装置は、半導体チップ搭載ステー
ジに設けた前記第２のバイアに接続され、半導体チップ
の発生する熱を拡散する熱拡散機能と電磁ノイズの発生
を抑制するアース機能を有するグランドプレーンと、該
グランドプレーンと同一平面内にあって、導体リードに
設けた前記第１のバイアに直結し、第２の誘電体層を介
して前記グランドプレーンから隔離された外部接続端子
ランドとから成る第２の導体回路パターンを具備する図
３に示す構成としたことを特徴とするものである。ここ
で、前記半導体チップ搭載ステージの周辺部を半導体チ
ップの電極パッドのアースパッドと接続する共通端子部
として用いた構成とすることもできる。
【０００８】さらに、請求項２記載の半導体装置は、請
求項１記載の半導体装置にあって、半導体チップ搭載回
路基板の両面側からその所定部分を包有する第１の誘電
体層と第２の誘電体層とを具備する図１に示す構成とし
たことを特徴とするものである。
【０００９】また、請求項３記載の半導体装置は、請求
項２記載の半導体装置にあって、前記第１及び第２の誘
電体層は、シルクスクリーン印刷法により形成されたソ
ルダーレジスト・マスク層であることを特徴とするもの
である。
【００１０】また、請求項４記載の半導体装置は、請求
項２又は３記載の半導体装置にあって、前記第１の誘電
体層には、複数のアンカーホールを散在させて成ること
を特徴とするものである。
【００１１】また、請求項５記載の半導体装置は、請求
項１記載の半導体装置にあって、前記第１、第２のバイ
アが、前記半導体チップ搭載回路基板を貫通するスルー
ホール内に銅の無電解めっき層の導通回路と導電性ペー
ストとで充填されて成ることを特徴とするものである。
【００１２】また、請求項６記載の半導体装置は、請求
項１記載の半導体装置にあって、前記第１、第２のバイ
アが、前記半導体チップ搭載回路基板を貫通するスルー
ホールに直接導電性ペーストが充填されて成ることを特
徴とするものである。
【００１３】また、請求項７記載の半導体装置は、請求
項５又は６記載の半導体装置にあって、前記導電性ペー
ストが、銅ペースト又はＡｇペーストから成ることを特
徴とするものである。
【００１４】
【作用】本発明に係る請求項１〜７記載の半導体装置に
おいて、半導体チップ搭載回路基板面に形成された前記
第２の導体回路パターンに、前記第１の導体回路パター
ンの複数の導体リードの他端に設けた第１のバイアに直
接的に接続する外部接続端子ランドをグランドプレーン
と同一平面上に隔離した状態で形成された構成とされて
いるので、信号伝送経路を短縮させることができ、その
結果として電気的効率を向上させることができると共
に、半導体装置の安定動作が可能となる。
【００１５】さらに、前記グランドプレーンが熱拡散機
能及びアース機能を有する構成としているので、半導体
チップが発生する熱を効率よく拡散すると共に、導体回
路パターンに発生する寄生電流を抑制することができ
る。その結果として、半導体チップの破壊やクロストー
クなどの磁気ノイズの発生を抑制することができる。
【００１６】また、請求項２、３及び４記載の半導体装
置において、前記半導体チップ搭載回路基板は、ソルダ
ーレジストから成る第１及び第２の誘電体層間に内有さ
れ、第１の誘電体層には複数のアンカーホール（ディン
プル）を設けているので、従来技術のＯＭＰＡＣ（オー
バー・モールド・パッケージ）で生じていた導体回路基
板とモールド・レジン間の剥離の発生を防ぐと共に、磁
気ノイズの漏洩を防止しすることができる。その結果と
して、密着性が良くなり、半導体装置の耐湿性を著しく
向上させることができる。
【００１７】また、請求項５、７記載の半導体装置にお
いて、スルーホールの内周壁に銅の無電解めっき層の導
通回路が形成され、その空洞部に銅ペースト又はＡｇペ
ーストから成る導電性ペーストが充填されたバイアを有
する構成とされているので、外部導電回路を形成するソ
ルダー・ボールの接続を容易に行うことができ、且つ第
１の導体回路パターンと第２の導体回路パターン間の熱
的、電気的な伝送効率をより向上させることができる。
【００１８】また、請求項６、７記載の半導体装置にお
いて、前記バイアが、前記半導体チップ搭載回路基板を
貫通するスルーホールに直接導電性ペーストが充填され
た構成とされているので、スルーホールの内周壁に銅の
無電解めっき層の導通回路を形成する必要がなくなり、
作業性を著しく向上させることができる。
【００１９】
【実施例】続いて、添付した図面を参照しつつ本発明に
係る半導体装置の一実施例につき詳細に説明する。
【００２０】図１は本発明の実施例に係る半導体装置の
構成を説明する要部断面図、図２は本発明の実施例に係
る半導体装置のレジン・パッケージ面側を示す平面図、
図３は本発明の実施例に係る半導体装置のソルダー・ボ
ール搭載面側を示す平面図、図４は本発明の実施例に係
るバイア及びソルダー・ボールの接続状態を示す導通回
路の構成を示す断面図である。
【００２１】まず、図１、図２、図３によれば、本発明
の実施例に係る半導体装置の主要構成は、樹脂基板の一
例であるガラスクロス・エポキシ樹脂基板１１（ＦＲ−
４、ＢＴレジン）からなり、前記基板の一面側に、第２
のバイア１２を設けた半導体チップ搭載ステージ１４
と、一端部に前記ステージ１４を取り囲むようにその周
辺に沿って配列された複数のワイヤボンディングパッド
１５と他端部にエリア・アレイ状に配列された第１のバ
イア１６とこれらを連接する複数の導体リード１７とを
有する図２に示す第１の導体回路パターン１８を有し、
その他面側に、プリント配線基板（ＰＷＢ）のモールデ
ィングパッドに接続し、電気的導通回路を形成するソル
ダー・ボールを接続する外部接続端子ランド３０とアー
ス機能及び熱拡散機能として作用するグランド端子ラン
ド３０ａを備えたグランドプレーン２９とを有する図３
に示す第２の導体回路パターン１９とを具備する半導体
チップ搭載回路基板２０と、前記第１の導体回路パター
ン１８及び第２の導体回路パターン１９の所要部分をマ
スキングして前記半導体チップ搭載回路基板２０を内有
する第１の誘電体層２１及び第２の誘電体層２２と、前
記第１の導体回路パターン１８の半導体チップ搭載ステ
ージ面に導電性ペースト２５を介して搭載され、複数の
電極パッド２３を有する半導体チップ２４と、前記半導
体チップ２４の複数の電極パッド２３と第１の導体回路
パターン１８間を１対１で接続し、電気的導通回路を形
成するボンディング・ワイヤ２６と、前記半導体チップ
２４、前記ボンディング・ワイヤ２６及び前記第１の導
体回路パターン１８を、トランスファ・レジンモールド
でその片面を密封したレジン・パッケージ２７と、前記
第２の誘電体層２２側に突出した状態で、前記第１のバ
イア１６に接続された外部接続端子ランド３０及び前記
第２のバイア１２に接続されたグランドプレーン２９に
設けたグランド端子ランド３０ａに接続され、外部導通
回路を形成するソルダー・ボール２８とを具備するもの
である。
【００２２】ここで、前記第１のバイア１６及び第２の
バイア１２は、図４（ａ）に示すように、前記半導体チ
ップ搭載回路基板２０を貫通するスルーホール１３の内
壁に銅の無電解めっき層を形成し、その空洞部に導電性
ペースト２５ａを充填した導通路であって、前記第１の
導体回路パターン１８と前記第２の導体回路パターン１
９の間に熱的、電気的な導通路を形成するものである。
また、前記第１のバイア１６及び第２のバイア１２は、
図４（ｂ）に示すように、スルーホールに直接導電性ペ
ースト２５ａが充填された構成としたものであっても良
い。これによって、スルーホールの内周壁に銅の無電解
めっき層の導通回路を形成する必要がなくなり、作業性
を著しく向上させることができる。
【００２３】上記の構成により、外部のプリント配線基
板と半導体チップの接続経路は、前記第１の導体回路パ
ターン１８の導体リード１７と外部接続端子ランド３０
が第１のバイア１６に接続形成されているので、プリン
ト配線基板のモールディングパッド（図示していな
い）、これに接続するソルダー・ボール２８、直接第１
のバイア１６、導体リード１７、ボンディング・ワイヤ
２６、半導体チップ２４とを経由する接続経路が形成さ
れている。これによって、接続経路が短縮され、電気的
な伝送効率を向上させることができる。
【００２４】さらに、半導体チップ２４が発生する熱の
拡散経路は、前記半導体チップ搭載ステージ１４とグラ
ンドプレーン２９が第２のバイア１２を介して接続され
ているので、半導体チップ２４、導電性ペースト２５、
半導体チップ搭載ステージ１４、第２のバイア１２、グ
ランドプレーン２９とを経由する接続経路が形成され、
熱拡散機能を有するグランドプレーン２９に拡散させる
ことができる。また、グランドプレーン２９からソルダ
ー・ボール２８を経由し、図示していない外部のプリン
ト配線基板に設けたクランドプレーンから放熱すること
もできる。これによって、半導体装置の熱衝撃による破
損や動作不良を防止することができる。
【００２５】さらに、グランドプレーン２９のアース接
続経路は、半導体チップ搭載ステージ１４と前記第１の
導体回路パターン１８に対応するグランドプレーン２９
と図示していないプリント配線基板のグランド層に接続
するソルダー・ボール２８が第２のバイア１２を介して
接続されているので、半導体チップ２４、導電性ペース
ト２５、前記半導体チップ搭載ステージ１４、グランド
プレーン２９、ソルダー・ボール２８、プリント配線基
板のグランド層の接続経路が形成される。これによっ
て、前記グランドプレーン２９、半導体チップ搭載ステ
ージ１４とがプリント配線基板のグランド層と同電位と
なり、それぞれアースとして機能し、クロストーク等の
磁気ノイズの発生を抑制して半導体装置を安定動作させ
ることができる。
【００２６】さらに、前記プリント配線基板のモールデ
ィングパッドに接続し、熱的、電気的導通回路を形成す
るソルダー・ボール２８は、外部接続端子ランド３０、
グランド端子ランド３０ａに対応して設けた導通穴に露
出したそれぞれの前記ランド３０、３０ａにフラックス
を介して接続され、図４に示す構成とされたものであ
る。ここで、前記ランドは、金めっき層を形成したもの
であってもよい。これによって、さらに、ソルダー・ボ
ール２８との接続性がより向上する。
【００２７】また、前記第１の誘電体層２１は、誘電体
層の一例であるソルダーレジスト又は光硬化性ドライフ
ィルム・ソルダーレジストからなり、前記ワイヤボンデ
ィングパッド１５と半導体チップ搭載ステージ１４を露
出する開口部と、前記開口部から離間した位置に散在す
るか複数のアンカーホール３２とを具備するものであ
る。これによって、片面側を密封したレジン・パッケー
ジ２７（オーバー・モールド・パッケージ）の剥離の発
生を防ぎ、密着性を著しく向上させることができる。
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体装
置によれば、グランドプレーンが熱拡散機能及びアース
機能として働き、半導体チップ搭載回路基板に発生する
電磁ノイズの発生を防止すると共に、半導体チップが発
生する熱を拡散、放熱し、半導体装置に要求される熱拡
散性、高周波応答特性及び電気特性に対応することがで
きる。
【００２９】さらに、半導体チップ搭載回路基板に形成
された第１、第２の導体回路パターン面の所要部分を第
１、第２の誘電体層で被覆しているので、搬送や整列な
どの加工工程の取り扱いによって生じていた微細な導体
回路パターンを物理的な変形や化学的な損傷から保護す
ると共に、前記誘電体層がバリア層として働き、電磁ノ
イズの漏れや入りを防ぎ半導体装置の動作が安定し、高
機能の半導体装置を低コストで提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る半導体装置を示す要部断
面図である。
【図２】本発明の実施例に係る半導体装置のレジン・パ
ッケージ面側を示す平面図である。
【図３】本発明の実施例に係る半導体装置のソルダー・
ボール搭載面側を示す平面図である。
【図４】本発明の実施例に係る導通回路の構成を示す部
分断面図である。
【符号の説明】
１１：ガラスクロス・エポキシ樹脂基板、１２：第２の
バイア、１３：スルーホール、１４：半導体チップ搭載
ステージ、１５：ワイヤボンディングパッド、１６：第
１のバイア、１７：導体リード、１８：第１の導体回路
パターン、１９：第２の導体回路パターン、２０：半導
体チップ搭載回路基板、２１：第１の誘電体層、２２：
第２の誘電体層、２３：電極パッド、２４：半導体チッ
プ、２５：導電性ペースト、２５ａ：導電性ペースト、
２６：ボンディング・ワイヤ、２７：レジン・パッケー
ジ、２８：ソルダー・ボール、２９：グランドプレー
ン、３０：外部接続端子ランド、３０ａ：グランド端子
ランド、３２：アンカーホール

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 樹脂基板からなり、半導体チップ搭載ス
    テージとそれを取り囲むように配列された複数の導体リ
    ードから成る第１の導体回路パターンとその反対面に前
    記樹脂基板を貫通する複数の第１のバイアに連接する外
    部接続端子ランドを設けた第２の導体回路パターンとを
    有する半導体チップ搭載回路基板と、 前記第１の導体回路パターンに搭載され、複数の電極パ
    ッドを有する半導体チップと、 前記複数の導体リードと前記複数の電極パッドとを１対
    １で接続し、電気的導通回路を形成するボンディング・
    ワイヤと、 前記ボンディング・ワイヤ、半導体チップを設けた前記
    第１の導体回路パターンの片面側をトランスファ・モー
    ルドで密封されたレジン・パッケージと、 前記第２の導体回路パターン側に突出した状態で接続さ
    れ、プリント配線基板上に形成されたモールディングパ
    ッドに接続するソルダー・ボールとから成る半導体装置
    であって、 前記第２の導体回路パターンは、前記第１の導体回路パ
    ターンの前記半導体チップ搭載ステージと第２のバイア
    を介して熱的及び電気的に導通するグランドプレーン
    と、前記グランドプレーンから隔離され、前記第１の導
    体回路パターンの前記導体リードと前記第１のバイアを
    介して電気的に導通する複数の前記外部接続端子ランド
    とが同一平面状に形成されて成る構成としたことを特徴
    とする半導体装置。
  2. 【請求項２】 前記半導体チップ搭載回路基板は、前記
    第１の導体回路パターン面と前記第２の導体回路パター
    ン面の所定部分をオーバーコートする第１及び第２の誘
    電体層の間に包有されて成ることを特徴とする請求項１
    記載の半導体装置。
  3. 【請求項３】 前記第１及び第２の誘電体層は、光硬化
    性ドライフィルム・ソルダー・レジスト・マスク層又は
    シルクスクリーン印刷法により形成されたソルダーレジ
    スト・マスク層であることを特徴とする請求項２記載の
    半導体装置。
  4. 【請求項４】 前記第１の誘電体層には、複数のアンカ
    ーホールを散在させて成ることを特徴とする請求項２又
    は３記載の半導体装置。
  5. 【請求項５】 前記第１、第２のバイアが、前記半導体
    チップ搭載回路基板を貫通するスルーホール内に銅の無
    電解めっき層の導通回路と導電性ペーストとで充填され
    て成ることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
  6. 【請求項６】 前記第１、第２のバイアが、前記半導体
    チップ搭載回路基板を貫通するスルーホールに直接導電
    性ペーストが充填されて成ることを特徴とする請求項１
    記載の半導体装置。
  7. 【請求項７】 前記導電性ペーストが、銅ペースト又は
    Ａｇペーストから成ることを特徴とする請求項５又は６
    記載の半導体装置。
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