JP3480291B2 - 半導体装置及び電子装置 - Google Patents

半導体装置及び電子装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はリード・オン・チッ
プ(LOC:Lead On Chip)型半導体装置及びそれを用
いた電子装置に関し、特に、高速デバイス用実装技術を
用いた電子装置に適用して有効な技術に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】従来のパソコンのシステムは、マイクロ
プロセッサーユニット(MPU:Micro Processing Uni
t )とメモリコントローラ、及びコネクターがプリント
基板に実装され、コネクターには、DRAM(Dynamic
Random Access Memory)を多数個実装したメモリモジュ
ールと称されるメモリモジュールプリント基板を挿入す
る構成になっている。
【0003】それぞれの半導体チップは、実装可能なよ
うにパッケージングされて半導体装置とされ、この半導
体装置、通称パッケージはプリント基板に実装され、プ
リント基板とプリント基板の接合には、コネクターが使
われている。半導体素子はサブミクロン、パッケージは
100ミクロン、プリント基板への接合は500ミクロ
ン、コネクタ接合は1,270ミクロンと実装の各接続
部において、寸法の拡大で対応している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】そのため、画像伝送な
ど500MHz以上の高速伝送を行う場合には、寸法拡
大に伴い、配線長が不均一になり、駆動電圧や伝送路の
クロック信号等にノイズが乗りやすいという問題があっ
た。
【0005】表1にパソコンのDRAMの実装技術接合
レベルを示す。表1はMPU等の半導体チップ加工技術
を“1”とした場合の比較表である。また、パッケージ
の実装作業においては、実装の容易性に重きをおいてい
るので接続部の寸法が拡大となり、電磁波など高速デバ
イスの実装では問題となる。
【0006】
【表1】
【0007】特に、メモリコントローラとメモリ群との
信号及びデータの伝送において、ノイズを低減すること
が求められていた。メモリコントローラとメモリ群との
ノイズを低減する回路としてラムバス社が開発した、ラ
ムバスチャネルと称される駆動方式があるが(日経エレ
クトロニクス、1997年10月20号、no701、
p31〜32参照)、ラムバスチャネルにメモリデバイ
スを実装するのにメモリチップを直接ラムバスチャネル
上に、フェイスダウン実装することが、パッケージの配
線長をゼロにする方法として有効である。
【0008】しかし、この場合、メモリチップについて
は予めエージングでウエハー工程の不良を除いて置く必
要があるが、従来の技術レベルでは、チップ状態でウエ
ハー工程の不良を取り出すことができない。そのため小
型パッケージとして例えばマイクロBGA(Ball Grid
Array )と称される小型CSP(Chip Size Package)
が使用されている。このパッケージでは、プリント基板
との接合をパッケージに形成された半田ボールを介して
行う。また、このパッケージでは半導体チップのボンデ
ィングパッドと半田ボールのボールパッドとを電気的に
結ぶための配線基板として通常ポリイミド基板に銅箔を
張り合わせて触刻法により前記銅箔に配線パターンを形
成したものが使用される。いずれのパッケージであれ、
チップをパッケージングして使用するとなると、パッケ
ージングのために相当の工程を要し、また、パッケージ
のための材料費が高くなるという問題がある。
【0009】本発明の目的は、半導体装置のパッケージ
内の配線長を短くすることが可能な技術を提供すること
にある。
【0010】本発明の他の目的は、半導体装置及び電子
装置の駆動電圧や伝送路におけるクロック信号等の信号
にノイズが乗るのを低減することが可能な技術を提供す
ることにある。
【0011】本発明の他の目的は、複数の半導体装置が
搭載された電子装置において、半導体装置と半導体装置
との間の配線のうち各信号線のそれぞれの長さを一定に
することが可能な技術を提供することにある。
【0012】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかにな
るであろう。
【0013】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば下
記の通りである。
【0014】(1)パッケージ外部の左側リードピンと
右側リードピンは両者の配置ピッチがそれぞれ半ピッチ
ずらされて設けられ、かつ、パッケージのリード群の電
源/グランドピンと信号ピンが左右に分離して設けられ
ている半導体装置である。
【0015】このようにパッケージ外部の左側リードピ
ンと右側リードピンの配置ピッチがそれぞれ半ピッチず
らされることにより、半導体装置のその外部電極の引き
出し線を容易に設けることができ、かつ、半導体装置の
パッケージ内の配線長を短くすることができる。
【0016】(2)パッケージ外部の左側リードピンと
右側リードピンは両者の配置ピッチがそれぞれ半ピッチ
ずらされて設けられ、かつ、パッケージのリード群の電
源/グランドピンと信号ピンが左右に分離して設けられ
ているリード・オン・チップ構造の半導体装置であっ
て、半導体チップの主面上の外部電極が配置されている
領域以外の領域の上に電磁波遮蔽膜が設けられ、前記電
磁波遮蔽膜の上に絶縁膜が設けられ、前記絶縁膜の上に
パッケージ内部のリードが設けられている半導体装置で
ある。
【0017】このように電磁波遮蔽膜を設けることによ
り、半導体チップに影響を与える電磁波の影響を防御す
ることがでるので、駆動電圧や伝送路におけるクロック
信号等の信号にノイズが乗るのを低減することができ
る。また、信号用リードに近接して電磁波遮蔽膜を設け
ることにより、信号用リードのインダクタンスを低減す
ることができるので、信号及びデータの伝送速度を速く
することができ、装置の高速化がはかれる。
【0018】
【0019】
【0020】()前記(1)乃至()のうちいずれ
か1つの半導体装置において、前記リードは半田ボール
グリッドアレイの半田ボールに電気的に接続されてい
る。
【0021】()前記(1)乃至()のうちいずれ
か1つの半導体装置は、半導体記憶装置である。
【0022】()前記(1)乃至()のうちいずれ
か1つの半導体装置又は前記()の半導体記憶装置の
配線面と配線基板の配線面とが互いに向き合わせられて
実装されている電子装置である。
【0023】このように構成することにより、スルーホ
ール配線を設ける必要がないので、配線基板を容易に作
製できる。
【0024】()絶縁基板上に直線で平行な複数の等
距離配線を設けた配線基板上に、マイクロプロセッサー
ユニット、半導体装置制御装置、複数個の前記()の
半導体装置又は前記()の半導体記憶装置が搭載され
てなる電子装置である。
【0025】このように直線で平行な複数の等距離配線
を設けることより、複数の半導体装置が搭載された電子
装置において、半導体装置と半導体装置(半導体記憶装
置と半導体記憶装置)との間の配線のうち各信号線のそ
れぞれ長さを一定にすることができる。
【0026】()前記()の電子装置において、前
記複数の等距離配線の配線間隔(ピッチ)は0.25m
m又は0.375mmとし、前記半導体記憶装置の外部
リード設置ピッチ又はリードに電気的に接続されている
半田ボールグリッドリアレイの半田ボール設置ピッチを
0.5mm又は0.75mmとして実装される。
【0027】こような寸法にすることにより、実験的に
機械的、電気的に優れた特性の装置が得られた。
【0028】()前記()又は()の電子装置に
おいて、前記各装置の外部リードピン又は半田ボールグ
リッドアレイの半田ボールは等距離配線の一つおきに接
続されるように設置され、左右のリードピンの配置ピッ
チが半ピッチずらされてなる半導体記憶装置が少なくと
も一つ以上搭載される。
【0029】前述した手段によれば、特に、半導体装置
のパッケージ内の配線長を短くすることが可能となる。
【0030】また、半導体装置及び電子装置の駆動電圧
や伝送路におけるクロック信号等の信号にノイズが乗る
のを低減することができ、装置の駆動速度の高速化がは
かれる。
【0031】また、複数の半導体装置が搭載された電子
装置において、半導体装置と半導体装置との間の複数配
線のうち各信号線のそれぞれの長さを一定にすることが
可能となる。
【0032】以下、本発明について、図面を参照して実
施形態(実施例)とともに詳細に説明する。
【0033】なお、本発明の実施形態(実施例)を説明
するための全図において、同一機能を有するものは同一
符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【0034】
【発明の実施の形態】(実施例1)図1は本発明の実施
例1によるLOC構造のDRAM(メモリ)の概略構成
を示す模式平面図、図2は図1のA−A’線で切った断
面図、図3は配線基板の接合部を示す模式平面図であ
る。図1〜3において、1は半導体チップ(DRAMの
LSI)、1Aは半導体チップ1の外部電極(ボンディ
ングパッド)、2は電磁波遮蔽膜(以下、金属箔とい
う)、3は接続熱可塑接着剤付の絶縁膜(ポリイミド
膜)、4は信号用リード、5は電源/Gnd用リード、
6はボンディングワイヤ(金線)、7は封止材(樹脂
材)、8は配線基板(多層配線基板も含む、以下、プリ
ント基板と称する)、9はプリント基板8上の等距離の
配線バス、10はメモリ駆動電圧の伝送やクロック信号
伝送の配線(以下、バスチャネル配線と称する)、11
は配線バス9のバスチャネル配線10上のリード接合部
である。
【0035】本実施例1のLOC構造DRAMは、図1
及び図2に示すように、半導体チップ1の主面上の外部
電極(パッド)1Aが配置されている領域以外の領域上
に金属箔2が設けられ、その上に絶縁膜(ポリイミドテ
ープ)3が設けられる。絶縁膜3の上に信号用リード4
と電源/Gnd用リード5がそれぞれ左右に分離されて
設けられている。
【0036】前記外部電極(パッド)1Aと信号用リー
ド4及び電源/Gnd用リード5とはボンディングワイ
ヤ6で電気的に接続され、封止材(樹脂材)7で封止し
たものである。
【0037】パッケージ外部の左側リードピンと右側リ
ードピンの配置ピッチがそれぞれ半ピッチずらされてい
る。すなわち、左側リードピンおよび右側リードピン
は、それぞれバスチャネル配線10の一つおきに接続さ
れるようになっている。パッケージのリード群の電源/
グランド用ピンと信号用ピンが左右に分離して実装され
る。LOC構造の組立時に、リードフレームと半導体チ
ップ1とを絶縁する接続熱可塑接着剤付の絶縁膜(ポリ
イミドテープ)3の下面に金属箔2を介在させている。
【0038】前記プリント基板8は、図3に示すよう
に、絶縁基板の上に設けられた配線バス9が設置されて
いる。配線バス9のチャネル配線10上にはリード接合
部11が設けられている。
【0039】前記配線バス9のチャネル配線10は、プ
リント配線板8上に等配線長(等距離配線)と等間隔で
設けられている。従来のプリント配線板の経済的加工ピ
ッチの最小ピッチで設計する。ここでは、説明の都合上
0.25mmピッチの配線ルールを用いる。
【0040】電源と接地との間に1本の信号線を配置す
る。すなわち、電源と接地との配線ピッチは、0.25
×2本で0.5mmとする。0.5mmは、1997年の半
田接合技術で一括リフロー可能な最小接合ピッチであ
る。このピッチでのリフロー実装の実績は、QFP(Qu
ad Flat Package )等で実績の高いピッチである。
【0041】このように、パッケージ外部の左側リード
ピンと右側リードピンの配置ピッチがそれぞれ半ピッチ
ずらされることにより、各リード接合部11の面積確保
が容易となり、この結果リード設置領域の面積を小さく
することができるので、半導体装置を小型化することが
できる。
【0042】プリント基板8上の配線バス9上のリード
接合部11には、LSIのDRAMの半導体チップ1を
収納するパッケージが電気的に接続される。この接合部
11は、バスチャネル配線10上に感光性ポリイミド等
の絶縁膜に写真触刻技術で所定寸法の穴をあけ、バスチ
ャネル配線(銅箔;18ミクロン)10にSnメッキ
(1〜10ミクロン)などのメッキを施して形成され
る。
【0043】前記バスチャネル配線10上に電気的に接
続する半導体チップ1のパッケージのリード4,5はバ
スチャネル配線10の幅に近い幅のリード形状にする。
バスチャネル配線10は、0.25mmピッチにする場合
は、導体幅0.15mmで間隔0.1mmと考えられ、リー
ド幅は0.1mm程度になる。
【0044】パッケージのリード4,5を形成するリー
ドフレームは、厚み0.1mm以下の金属板(例えば42
合金や銅合金)とする。金属板からリードフレームは、
所定の形状にエッチング法やプレス法で形成される。半
導体チップ1との接合部には、銀メッキ(2〜10ミク
ロン)を施す。
【0045】リードフレームの半導体チップ接合側に
は、熱可塑性ポリイミド等の耐熱性の高く誘電率の低い
絶縁材料を貼り付ける。いわゆるプリテープLOC構造
にする。
【0046】このLOC構造のDRAMのリードフレー
ムの絶縁材料は、ポリイミド膜に熱可塑性ポリイミドを
塗布した材料であるが、高速伝送用デバイスでは、チャ
ネルの信号線や電源線にパソコン内の他の電子機器部や
半導体から放射される電磁波ノイズが乗りやすいので、
LOC構造のリードフレームのポリイミド基材のリード
フレームと反対側の半導体チップ接着側に金属箔2を予
め貼った材料を用いる。信号線の下面や電源線の下面に
は、絶縁膜(ポリイミド膜)に貼られた金属箔2で形成
された金属があるので、外部への電磁波放射を抑制でき
る。
【0047】LOCのリードフレームに半導体チップ1
が貼り付けられ、半導体チップ1とリードフレームのリ
ード4,5とをボンディングワイヤ(金線)6で電気的
に接続される。その後、トランスファーモールド技術で
パッケージの外形の形状が形成される。その後モールド
の外に出したパッケージ外部のリードをプリント基板8
からの熱応力を低減する形状(ガルウイング、J字。S
字形状など)に金型で成形され、パッケージの半田接合
リードが完成する。このリード4,5を配線バス9のバ
スチャネル配線10の接合部11に半田付けして実装す
る。
【0048】この時トランスファー成型法に代わる、新
方式の封止方法を用いると、さらに電磁波の影響を少な
くできる。その方法は、LOCリードフレームを半導体
チップ1に貼付け、ボンディングワイヤ(金線)6のボ
ンディング後に、液状アンダーフイル材料をキャリアテ
ープ上に塗布した材料(熱可塑性ポリイミドやBステー
ジエポキシ)を用いても良い。キャリアテープの材料に
金属箔2を貼合わせたものを用いると外部からデバイス
に注がれる電磁波を遮断する効果が高くなる。
【0049】前記パッケージを搭載するプリント配線板
をフレキシブル配線基板とし、その基板上に0.25mm
ピッチで直線的に配列されたメモリバスの配線部に、少
なくとも2個以上のメモリデバイスを搭載する。一般に
メモリモジュールの場合は、図4(aは平面図、bは側
面図)に示すように、本発明のメモリ40を8個ないし
9個プリント基板8の片面に、両面で16個ないし18
個を実装する。64MDRAMを搭載する場合は、片面
で64MBあるいは72MB,両面で128MBあるい
は142MBの容量になる。
【0050】フレキシブル基板を使用する場合には、図
5(aは平面図、bは側面図)に示すように、プリント
基板8(フレキシブル基板)の片面に本発明のメモリ4
0を最大18個実装し、図5(b)に示すように、フレ
キシブル基板の真中辺8A(丸で囲んだ部分)で基板を
180度曲げして、使用することもできる。この方式
は、スルホールを少なくできるので基板の製作が容易と
なる。
【0051】LSIのパッケージを実装したプリント基
板8の配線入出力部は、コネクター端子20で接合され
るが、この場合のコネクター端子20は、さし込み方式
ではなく、フレキシブル基板用の狭ピッチ用コネクター
を用いて、コネクター端子20の接続部の配線部の長さ
を短く押さえる方式が良い。フレキシブル基板の配線接
合ピッチは、0.25mmを用いる(図5a参照)。
【0052】メモリチャネルには、メモリデバイスの
他、メモリコントローラICやMPUデバイスを直接接
続させると、ノイズ対策には、さらに効果的である。
【0053】また、図6に示すように、前記金属箔2上
にリード(信号線)4に流れる電流により、リード4を
囲むように、矢印で示す磁気回路が形成され、金属箔2
に相応する媒体の透磁率(周辺に強磁性体が無い場合は
比透磁率=1.0を採用)に対応する磁束密度の磁束が
発生する。この磁束を打ち消す方向に金属箔2上に図7
に示すような渦電流Isが現われ、磁束密度を低減する
作用が働く。リード4に流れる信号電流と周囲に発生す
る磁束数と金属箔2に現われる渦電流Isには、以下の
数1の式で示す関係がある。
【0054】
【数1】Is∝σ×dφ/dt 前記数1の式において、Isは渦電流、σは金属箔2の
電気伝導度(1/固有抵抗率ρ〔μΩ/cm〕)、φは磁
束数(=∬B・nds=μ0 ∬B・nds)Bは磁束密
度、nは法線の単位ベクトル、Hは磁界(∫cH・ds
=I)、Iは配線路に流れる信号電流である。
【0055】前記数1の式に示す関係式に従うと、以下
の特性(イ)〜(ニ)が明らかになった。
【0056】(イ)近接する金属箔2は、特別な電位を
設定する必要が無く、ただ近接するだけで渦電流効果を
引き出せる。図8に金属箔2に発生した渦電流により低
下する自己インダクタンスを具体的にシミュレーション
により確認した渦電流が流れている状態を示す。
【0057】従来は、リード(信号配線)4に流れる電
流のリターン電流を金属箔2に流す都合から金属箔2は
接地電位または電源電位などの特定の電位を設定する必
要があった。このリターン電流がリード4に流れる電流
と逆方向になることから相互インダクタンスも加味した
実効インダクタンスが見かけ上小さくなることを利用し
ていた。従来技術は、リターン電流による実効インダク
タンスが低減する効果を期待したが、本発明は渦電流に
よる低減効果を期待しており、考え方が異な。従って、
金属箔2には適当な電位を与えても構わないし、あえて
設定する必要性も無い。
【0058】(ロ)前記金属箔2がリード4に近づくに
従いその効果が向上する(図9参照)。図9は近接され
る金属箔2の有無によるインダクタンスの変化(100
MHzでの測定値)を示す図である。
【0059】(ハ)周波数が高くなるに従い効果が現わ
れる(図8参照)。
【0060】(ニ)金属箔2の電気伝導率が高くなるに
従い効果が現われる(図10参照)。図10は金属箔2
の固有抵抗値と自己インダクタンスの周波数による変化
を示す図である。
【0061】渦電流Isは図6の矢印で示される磁束の
磁束密度を低下しており、この磁束密度の低下がインダ
クタンスの低下につながり、矢印の磁束鎖交して現われ
る誘導性ノイズも低下する理由となる。
【0062】この効果を有効に引き出すために、対象と
する配線路を以下のものに制限する。
【0063】(a)金属箔2の材料は、銅、アルミニウ
ム、金、銀、クロム等の高導電率を有する材質又はそれ
らを主成分とする合金とし、体積固有抵抗が常温で30
μΩ・cm以下のものとする。
【0064】(b)配線路と金属箔2との近接距離を1
50μm以下とする。渦電流による磁束低減効果を引き
出すためには、前記近接距離を制限する必要があるが、
ここでは対象とするTABテープキャリアの誘電体は厚
さを勘案して最大厚さ150μmを最大近接距離と設定
する。
【0065】(c)対象周波数はデジタル回路の高速伝
送線路を対象とする。ASIC(Aplication Specific
Integrated Circuit)とDRAMの半導体チップ1を接
続する基板回路、MPUと半導体チップセットを接続す
る基板、及びパッケージ内の半導体チップの外部端子と
リード端子間を接続する配線路のデータバスには、MP
U等の内部回路相応のクロックで信号伝送する必要性が
ある。
【0066】次に、本実施例の信号用及び電源用のリー
ド長とそれに対応する自己インダクタンスの概略計算
値、金属箔を設置した場合の自己インダクタンスを表2
〜3に示し、各列のリード長とそれに対応する各列の信
号伝送遅延時間の概略計算値を表4〜5に示す。表2〜
3は1ナノヘンリ(nH)/mmの条件で計算し、表4〜
5の信号伝送遅延時間の単位は1ピコ秒(×1012秒:
psec )である。
【0067】前記計算例では、表2〜3に示すように、
リード長は1〜2mmの程度であり、相応する自己インダ
クタンスは1〜2ナノヘンリ(nH)/mmであるが、金
属箔を設置することよりその半分であった。また、表4
〜5に示すように、パッケージが関与する箇所のリード
間の遅延時間のずれは、1〜20ピコ秒の幅があり、実
施例では信号、コントロールリードについては接続する
半田ボールを制御していることから、この遅延時間のず
れは3ピコ秒以内に収められることが明らかになった
(列1,2の最短到達リードからの遅延時間を参照)。
【0068】
【表2】
【0069】
【表3】
【0070】
【表4】
【0071】
【表5】
【0072】また、クロック周波数にして100MHz
〜1GHzのデータ伝送が必要になってきた。正弦波周
波数で10MHz〜15GHz程度までが対象範囲とす
る。この周波数以下では、渦電流Isによる磁束低減効
果があまり期待できないので、対象範囲から外した。
【0073】クロック周波数と正弦波周波数には以下の
関係があり、クロックパルス波形の立ち上がり部分又は
立下がり部分が信号伝送時のノイズ発生のキーになる箇
所で、この部分の波形をフーリエ展開して正弦波周波数
に分解し、いくつかの周波数成分として考え、最も波高
値の高いものを基本波として、その基本波の第10高調
波成分まで考えるとして、前記周波数範囲とした。
【0074】次に、高周波領域のノイズ発生の原因につ
いて説明する。図11(高周波領域のノイズ発生の原因
を説明するための図)に示すように、高周波領域におけ
るノイズ発生の原因には以下の4種が考えられ、回路の
状況によって、検討が必要なもの、不要なものが考えら
れる。図11において、100は半導体チップ中のトン
ジスタ回路例である。
【0075】1)電源電位の変動、接地電位の変動 特に接地電位の変動に対してはグランド・バウンシング
と称して電源電位の変動と区別して検討を加えてきた経
偉がある。電位変動に対するマージンがこれまで、電源
側よりも接地側に厳しかったことによるものであるが、
基本的には以下に示すように同じ理屈から現われる電位
変動のことをさす(図12参照)。図12は電源電圧が
5ボルト(V)から3ボルト(V)への変更に伴うトラ
ンジスタの動作に関係する電源電圧と接地電位に対する
マージンの設定変化例を示す図である。
【0076】図13に示す回路を幾つかの線路の電流が
同一の電源回路、同一回路に流入する際に半導体チップ
1の端子での電位が本来の電源電位、接地電位では無
く、線路のインダクタンス成分と流出入する電流の値で
決まる電位に変わってしまう。対策としては以下のこと
が考えられる。
【0077】(1)電源回路、接地回路を多重に設定し
て、流出入する電流が特定の回路に集中しないように分
散することであり、本実施例1の装置中に信号路1線又
は2線毎に接地線、電源線を配置したのは、ここで説明
する分散の意味である。
【0078】(2)それぞれの電源回路、接地回路のイ
ンダクタンスを小さく制御することとなり、このインダ
クタンスを小さくする方法としては、回路長を短くする
ことである。そして本実施例1のように、銅箔等の金属
箔(電磁波遮蔽膜)2を近接して配置して渦電流による
効果を活用する。
【0079】2)クローストーク・ノイズ(電話線にお
ける漏話と同じような現象) この種のノイズには誘導性のノイズと静電容量的なノイ
ズの2種があり、実際に問題が発生している場合には両
者が同時に発生している場合があり、分離が難しい面が
ある。
【0080】(1)誘導性のクロストーク・ノイズ ある線路に流れる電流により発生する磁束が隣接する線
路と鎖交してその隣接線路間の相互インダクタンスMが
逆起電力Vの値を決めるので、相互インダクタンスMが
関係する。本発明に係る近接する金属箔2に現われる渦
電流Isが磁束そのものを減小するように現われるの
で、相互インダクタンスMを著しく低減する効果があ
る。本実施例1では、通常測定される相互インダクタン
スMの1桁程小さい値に低減した実測データが得られ
た。この金属箔2に現われる渦電流Isの効果は、外部
のノイズから内部にノイズを侵入させないばかりか、内
部で発生するノイズを外部へ漏らさない効果もある(図
14参照)。図14に示すように、信号線1’(図1の
信号用リード4に相当する)に電流Iが流れていると、
信号線2’(図1の信号用リード4に相当する)にはV
=jωM×Iの逆起電力が現われる。
【0081】(2)静電容量性のクロストーク・ノイズ 線路間に形成される静電容量C1 ,C2 ,C3 が関係し
て容量分圧の形で隣接する線路にノイズ電圧が現われ
る。対地静電容量Cg と線間の静電容量C1 ,C2 ,C
3 の分圧比率でノイズ電圧が決まるので、対地静電容量
Cg に対して線間の静電容量C1 ,C2 ,C3 を小さく
できれば問題はない(図15参照)。図15に示すよう
に、信号線1’に信号パルスが流れていると、信号線
2’には下記に示す数2の式に示す関係による容量分圧
された電圧が現われる。
【0082】
【数2】V2p=(Cg +C2 )×C1 ×(Cg +C2 )
/(C1 +C2 +Cg )×V1pC1 《Cg の関係が成り
立つと問題にする必要はない。
【0083】以上の説明からわかるように、リード4に
近接する位置に配置された金属箔2上に、リード4に流
れる電流Iにより発生する磁束を打ち消すような方向に
流れるので、配線のインダクタンス(自己インダクタン
スと及び配線間の相互インダクタンス)と誘導性クロス
トークを低減することができる。これにより、信号及び
データの伝送の高速化がはかれる。
【0084】3)反射ノイズ 反射ノイズは、信号が線路を伝播する際に、線路の特性
インピーダンスに変化があると、その変化点で信号が反
射する現象である。反射波が元に戻るために伝送波形に
歪みが生じ、あたかもノイズがのったような現象とな
る。当然変化点から先には、反射した分は透過しないの
で、こちらも波形が歪んでしまう。周波数が非常に高く
なり、線路を分布定数回路として取扱わなければならな
い場合に問題になり、本発明に係る周波数領域(10M
Hz〜15GHz)では線路長が数mmの長さで問題とな
る。配線長と周波数に対応する波長との関係は、配線長
が著しく短い半導体チップ1内の配線については、その
反射ノイズを考える必要がない。
【0085】主として配線基板上の線路に問題となる場
合が多く、その場合には特性インピーダンスを一定に保
つための線路設計した基板構造を採用している。このよ
うな対策が最も取りずらい箇所がパッケージの配線部分
となり、この箇所の配線長は数mmの長さに該当する。定
性的には集中定数回路でもある程度の現象を理解できる
面があるが、定量的に現象を押え込むためには分布定数
回路による解析をする必要がある。
【0086】4)伝送遅延 信号といえども、物理的に伝播しているので、伝播速
度、伝播時間を考えなければならない。本実施例1の場
合はポリイミド樹脂フィルム(絶縁膜)の上に配線をし
ているので、ポリイミド樹脂の誘電率が信号の伝播速度
を決めることになる。誘電率と信号の伝播速度の関係を
求めたものを表6に示す。表6は光速度を(2.998
E+11)mm/sec として計算した。
【0087】同時に伝播する信号が半導体チップ1の入
口に到達するまでの時間が線路毎に異なるとトランジス
タの動作タイミングが異なるために誤動作の原因になる
場合がある。誤動作の原因となる点ではノイズと同一に
扱う必要があり、ノイズの一種に組み入れられている。
周波数が高くなればなる程厳しく管理する必要がある。
特に、信号線路、制御回路を管理対象にしなければなら
ない。
【0088】
【表6】
【0089】(実施例2)図16は本発明の実施例2に
よるLOC構造のDRAM(メモリ)の概略構成を示す
断面図である。
【0090】本実施例2のLOC構造のDRAMは、図
16に示すように、前述の実施例1のLOC構造のDR
AMにおける電磁波防止構造をさらに改良した実施例で
あり、前記リード4,5の上にポリイミド材(絶縁膜)
21を介在させて金属箔(電磁波遮蔽膜)2を設けたも
のである。すなわち、リード4,5の上下を金属箔(電
磁波遮蔽膜)2でサンドイッチして電磁波の影響をさら
に効率良く防御するようにしたものである。図16では
ボンディングワイヤは省略している。
【0091】(実施例3)図17は本発明の実施例3に
よるLOC構造のDRAM(メモリ)の概略構成を示す
断面図である。
【0092】本実施例3のLOC構造のDRAMは、図
17に示すように、前述の実施例1のLOC構造のDR
AMにおける電磁波防止構造を改良した他の実施例であ
り、前記パッケージのリード4,5を半導体チップ1と
ほぼ同じ寸法として電磁波の影響を半導体チップ1のシ
リコンチップで防御するようにしたものである。
【0093】(実施例4)図18は本発明の実施例4に
よるLOC構造におけるCSPタイプBGA構造のDR
AMの概略構成を示す模式平面図、図19は図18の要
部拡大図、図20は図19のB−B’線で切った断面
図、図21は図20に示す電磁波防止構造の詳細構成を
示す展開断面図である。図18〜図21において、31
は半田ボール、32はCSPタイプBGA構造のDRA
Mのパッケージ内のリード(銅箔配線)、33は半田ボ
ール搭載穴加工済みのポリイミド膜(絶縁膜)、34は
エポキシ系樹脂等からなる接着剤、35は半田ボール搭
載穴、36は熱可塑性ポリイミドやBステージエポキシ
からなる熱可塑性接着剤である。
【0094】本実施例4のCSPタイプBGA構造のD
RAMは、図18〜図21に示すように、高速メモリに
使われているマイクロBGAパッケージであり、半導体
チップ1の外部端子が半導体チップ1の片面側に配置さ
れたものである。半導体チップ1の主面の外部電極(ボ
ンディングパッド)1Aは、半導体チップ1の主面の中
央線部分に配置されている。図15及び図16に示すよ
うに、この外部電極1Aが配置されている領域以外の領
域上に熱可塑性接着剤36を介在させて金属箔(電磁波
遮蔽板)2が設けられ、その上に絶縁膜(ポリイミド
膜)3が設けられる。絶縁膜3の上にエポキシ系樹脂等
からなる接着剤34を介在させて信号用と電源/Gnd
用のリード32が設けられている。リード32の端子部
32Aは半導体チップ1の主面上の外部電極(ボンディ
ングパッド)1Aに電気的に接続される。
【0095】前記配線32の上に半田ボール搭載穴加工
済みのポリイミド膜(絶縁膜)33が接着剤34により
接着され、半田ボール搭載穴35の上に半田ボール31
が設けられている。このパッケージ外部の半田ボール3
1は、信号リード/コントロールリード等の信号用リー
ドに電気的に接続されている信号用半田ボールと電源/
GND用リードを電気的に接続されている電源/GND
用半田ボールとが左右に分離して配置され、その配置ピ
ッチがそれぞれ半ピッチずらされて設けられている。
【0096】このようにパッケージ外部の半田ボール3
1が信号用半田ボールと電源/GND用半田ボールとが
左右に分離して配置され、その配置ピッチがそれぞれ半
ピッチずらされて設けられることにより、前記実施例1
の半導体装置と同様に、半導体装置の外部電極の引き出
し線を容易に設けることができ、かつ、半導体装置のパ
ッケージ内の配線長を短くすることができる。
【0097】また、配線32と半導体チップ1との間に
絶縁膜3を介在させて金属箔2を設けることにより、半
導体チップ1に与える電磁波の影響を防御することがで
るので、駆動電圧や伝送路におけるクロック信号等の信
号にノイズが乗るのを低減することができる。また、信
号用配線に近接して金属箔2を設けることにより、信号
配線のインダクタンスを低減することができるので、信
号及びデータ等の伝送速度を速くすることができ、装置
の駆動速度の高速化がはかれる。
【0098】表7に本実施例4のCSPタイプBGAパ
ッケージにおける半田ボール端子配列例を示す。
【0099】
【表7】
【0100】次に、本実施例4におけるCSPタイプB
GAパッケージの場合のノイズシミュレーション結果を
説明する。図22はパッケージ配線部分にパルスを伝送
させた時のノイズシミュレーションの条件を説明するた
めの図であり、(a)は信号伝送回路図、(b)は伝送
パルス波形図である。図23はCSPタイプBGAパッ
ケージの場合のシミレーション結果を示す図であり、
(a)はランバスチャネルから半導体チップへのパルス
伝送の場合の波形図、(b)は半導体チップからランバ
スチャネルへのパルス伝送の場合の波形図である。
【0101】図22において、半導体チップ1としては
RDRAMのメモリチップを用い、パッケージ上の配線
リード4,5は、MDS(Micro Design System )ソフ
トを付属するストリップモデルで実際に即するように修
正して適用した。37はパルス発振器であり、Rは抵抗
(25オーム)、38は直流電源、Vct1i,Vct2i,V
piはパッケージ上の各配線リードへの入力電圧、Vct2
o,Vdd,Vct1o,Vpo,Vg は半導体チップ(RDR
AM)1への入力電圧である。
【0102】図23において、Vg は接地電位、Vct1o
/Vct1i/Vct2o/Vct2iはパルス伝送している信号線
路に隣接する信号線に現われるクロストーク・ノイズ、
Vpo/Vpiは反射及び伝送遅延による波形の歪み状態を
表わす。Vddは電源電圧(半導体チップでの接続が実態
に対応していない為に、この場合の計算値は参考になら
ない)を表す。(a)は信号パルスがランバスチャネル
側からチップに伝送する場合、(b)は逆にチップから
信号パルスがランバスチャネル側に伝送している場合を
表しており、いずれもパッケージ部分のリード長が4mm
のケースについて計算した例である。
【0103】(実施例5)図24は本発明の実施例5に
よるLOC構造におけるCSPタイプBGA構造のDR
AMの概略構成を示す模式平面図である。
【0104】本実施例5のCSPタイプBGA構造のD
RAMは、図24に示すように、前記実施例4のCSP
タイプBGA構造のDRAMにおける半田ボール31の
1列目と4列目の半田ボール31の位置をそれぞれ2列
目と3列目から半ピッチずらして配置したものである。
この半田ボール31の1列目と4列目の半田ボールの位
置をそれぞれ2列目と3列目から半ピッチずらして配置
することにより、配線が簡単になるだけでなく、わずか
であるが1列目と4列目のリード長を短くすることがで
きる。
【0105】(実施例6)図25及び図26は本発明の
実施形態6によるLOC構造におけるCSPタイプBG
A構造のDRAM(メモリ)を搭載する電子装置の概略
構成を説明するための模式平面図であり、40は本発明
のメモリ、41は絶縁基板上に直線で平行に設けられた
複数の等距離配線を設けた配線基板、41Aは等距離配
線(バスチャンネル配線)、42はマイクロプロセッサ
ーユニット(MPU)、メモリコントローラ43、44
は半田ボールである。
【0106】本実施例6の電子装置は、図25に示すよ
うに、絶縁基板上に直線で平行な複数のバスチャンネル
配線41Aを設けた配線基板41上に、MPU42、メ
モリコントローラ43、複数個のメモリ40が搭載され
ている。
【0107】図26に示すように、前記複数のバスチャ
ンネル配線41Aの配線間隔(ピッチ)は0.25mm又
は0.375mmとし、前記メモリ40のリードに電気的
に接続されているBGAの半田ボール44の設置ピッチ
を0.5mm又は0.75mmとして実装されている。
【0108】前記メモリ40のBGAの半田ボール44
をバスチャンネル配線41A(等距離配線)の一つおき
に接続されるように設置され、左右のリードの配置が半
ピッチずらされてバスチャンネル配線41A上に搭載さ
れている。
【0109】また、MPU42及びメモリコントローラ
43の半導体装置(IC)のパッケージの半田ボール4
4の配置もメモリ40のボールアレイのボール44の配
置と同様にバスチャンネル配線41Aの一つおきに接続
されるように設置され、左右のリード配置が半ピッチず
らされてバスチャンネル配線41A上に搭載されてい
る。
【0110】このように絶縁基板上に直線で平行な複数
のバスチャンネル配線41Aを設けた配線基板41上
に、MPU42、メモリコントローラ43、複数個のメ
モリ40が搭載されていることにより、半導体装置と半
導体装置との間の配線のうち各信号線のそれぞれの長さ
を一定にすることができる。
【0111】また、前記複数の等距離配線の配線間隔
(ピッチ)は0.25mm又は0.375mmとし、前記半
導体記憶装置の外部リード設置ピッチ又はリードに電気
的に接続されているBGAの半田ボールの設置ピッチを
0.5mm又は0.75mmとして実装されることにより、
実験により構造的、電気的に優れた効果が得られた。
【0112】これらにより、特に、メモリ装置や電子駆
動電圧や伝送路におけるクロック信号等の信号にノイズ
が乗るのを低減することができ、装置の駆動速度の高速
化がはかれる。
【0113】前記実施例1〜6においては、本発明の半
導体装置として半導体記憶装置(メモリ)を適用した
が、これに限定されるものではないことは前述の説明か
ら明らであろう。
【0114】以上、本発明者によってなされた発明を、
前記実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、
前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸
脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論で
ある。
【0115】
【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記の通りである。
【0116】(1)LOC構造の半導体装置において、
パッケージ外部の左側リードピンと右側リードピンの配
置ピッチがそれぞれ半ピッチずらされることにより、半
導体装置の外部電極の引き出し線を容易に設けることで
き、かつ、半導体装置のパッケージ内の配線長を短くす
ることができる。
【0117】(2)電磁波遮蔽膜を設けることにより、
半導体チップに影響を与える電磁波の影響を防御するの
で、駆動電圧や伝送路におけるクロック信号等の信号に
ノイズが乗るのを低減することができる。また、信号用
リードに近接して電磁波遮蔽膜を設けることにより、信
号用リードのインダクタンスを依減することができるの
で、信号伝送速度を速くすることができ、装置の高速化
がはかれる。
【0118】(3)半導体装置、特に半導体記憶装置の
配線面と配線基板の配線面とを互いに向き合わせて実装
されることにより、スルホール配線を設けないので、配
線基板を容易に製作できる。
【0119】(4)絶縁基板上に直線で平行な複数の等
距離配線を設けた配線基板上に、複数個の本発明の半導
体装置(特に半導体記憶装置)を搭載することにより、
半導体装置と半導体装置との間の配線のうち各信号線の
それぞれの長さを一定にすることができる。
【0120】(5)複数の等距離配線の配線間隔(ピッ
チ)を0.25mm又は0.375mmとし、前記半導体記
憶装置の外部リード設置ピッチ又はリードに電気的に接
続されているBGAの半田ボールの設置ピッチを0.5
mm又は0.75mmとすることにより、構造的、電気的に
優れた特性が得られた。
【0121】本発明によれば、特に、メモリ装置や電子
駆動電圧や伝送路におけるクロック信号等の信号にノイ
ズが乗るのを低減することができ、装置の駆動速度の高
速化がはかれる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1によるLOC構造のDRAM
(メモリ)の概略構成を示す模式平面図である。
【図2】図1のA−A’線で切った断面図である。
【図3】本実施例1によるDRAMと配線基板の接合部
を示す模式平面図である。
【図4】本実施例1の本発明のメモリを配線基板に実装
する例を示す図である。
【図5】本実施例1の本発明のメモリを配線基板に実装
する他の例を示す図である。
【図6】本実施例1によるDRAMの作用を説明するた
めの図である。
【図7】本実施例1によるDRAMの作用を説明するた
めの他の図である。
【図8】本実施例1によるDRAMの金属箔に発生した
渦電流により低下する自己インダクタンスを具体的にシ
ミュレーションにより確認した渦電流が流れている状態
を示す図である。
【図9】本実施例1によるDRAMの金属箔の有無によ
るインダクタンスの変化(100MHzでの測定値)を
示す図である。
【図10】本実施例1によるDRAMの金属箔の固有抵
抗値と自己インダクタンスの周波数による変化を示す図
である。
【図11】高周波領域のノイズ発生の原因を説明するた
めの図である。
【図12】電源電圧が5ボルト(V)から3ボルト
(V)への変更に伴うトランジスタの動作に関係する電
源電圧と接地電位に対するマージンの設定変化例を示す
図である。
【図13】半導体チップ上のトランジスタ回路の例を示
す図である。
【図14】信号線1’に電流が流れていると、信号線
2’には逆起電力が現われることを説明するための図で
ある。。
【図15】静電容量性のクロストーク・ノイズを説明す
るための図である。
【図16】本発明の実施例2によるLOC構造のDRA
M(メモリ)の概略構成を示す断面図である。
【図17】本発明の実施例3によるLOC構造のDRA
M(メモリ)の概略構成を示す断面図である。
【図18】本発明の実施例4よるLOC構造におけるC
SPタイプBGA構造のDRAMの概略構成を示す模式
平面図である。
【図19】図18の要部拡大図である。
【図20】図19のB−B’線で切った断面図である。
【図21】図20に示す電磁波防止構造の詳細構成を示
す展開断面図である。
【図22】本実施例4よるCSPタイプBGA構造のD
RAMのパッケージ上の配線リードに与えるノイズを具
体的にシミュレーションにより確認した例を示す図であ
る。
【図23】図22のシミュレーションの結果を示す図で
ある。
【図24】本発明の実施例5よるLOC構造におけるC
SPタイプBGA構造のDRAMの概略構成を示す模式
平面図である。
【図25】本発明の実施例6の電子装置を説明するため
の図である。
【図26】本発明の実施例6の電子装置を説明するため
の図である。
【符号の説明】
1 半導体チップ(DRAMのLSIチップ) 1A 外部電極(ボンディングパッド) 2 電磁波遮蔽膜(金属箔) 3 接続熱可塑接着剤付の絶縁膜(ポリイミド膜) 4 信号用リード 5 電源/Gnd用リード 6 ボンディングワイヤ(金線) 7 封止材(樹脂材) 8 配線基板(プリント基板) 9 配線バス 10 バスチャネル配線 11 リード接合部 20 コネクター端子 21 ポリイミド材 31 半田バンプ 32 DRAMのパッケージ内のリード(銅箔配線) 33 半田バール搭載穴加工済みのポリイミド膜 34 接着剤 35 半田バール搭載穴 36 熱可塑性接着剤 37 パルス発振器 38 直流電源 40 本発明のメモリ 41 配線基板 41A バスチャネル配線 42 MPU 43 メモリコントローラ 44 半田ボール
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平9−237800(JP,A) 特開 平8−255865(JP,A) 特開 平5−129456(JP,A) 特開 平6−268100(JP,A) 特開 平9−64080(JP,A) 特開 平9−17910(JP,A) 特開 平5−152492(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H0L 23/50 - 23/538

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】リード・オン・チップ構造の半導体装置に
    おいて、パッケージ外部の左側リードピンと右側リード
    ピンは両者の配置ピッチがそれぞれ半ピッチずらされ
    設けられ、かつ、パッケージのリード群の電源/グラン
    ドピンと信号ピンが左右に分離して設けられていること
    を特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】パッケージ外部の左側リードピンと右側リ
    ードピンは両者の配置ピッチがそれぞれ半ピッチずらさ
    れて設けられ、かつ、パッケージのリード群の電源/グ
    ランドピンと信号ピンが左右に分離して設けられている
    リード・オン・チップ構造の半導体装置であって、半導
    体チップの主面上の外部電極が配置されている領域以外
    の領域の上に電磁波遮蔽膜が設けられ、前記電磁波遮蔽
    膜の上に絶縁膜が設けられ、前記絶縁膜の上にパッケー
    ジ内部のリードが設けられていることを特徴とする半導
    体装置。
  3. 【請求項3】請求項1又は2のうちいずれか1項に記載
    の半導体装置において、前記リードは半田ボールグリッ
    ドアレイの半田ボールに電気的に接続されていることを
    特徴とする半導体装置。
  4. 【請求項4】請求項1乃至3のうちいずれか1項に記載
    の半導体装置は、半導体記憶装置であることを特徴とす
    る半導体記憶装置。
  5. 【請求項5】請求項1乃至のうちいずれか1項に記載
    の半導体装置又は請求項4の半導体記憶装置の配線面と
    配線基板の配線面とが互いに向き合わせられて実装され
    ていることを特徴とする電子装置。
  6. 【請求項6】絶縁基板上に直線で平行な複数の等距離配
    線が設けられた配線基板上に、マイクロプロセッサーユ
    ニット、半導体装置制御装置、複数個の請求項3の半導
    体装置又は請求項4の半導体記憶装置が搭載されている
    ことを特徴とする電子装置。
  7. 【請求項7】請求項6の電子装置において、前記複数の
    等距離配線の配線間隔(ピッチ)は0.25mm又は
    0.375mmとし、前記半導体装置又は半導体記憶装
    置の外部リードピン設置ピッチ又はリードに電気的に接
    続されている半田ボールグリッドアレイの半田ボール設
    置ピッチを0.5mm又は0.75mmとして実装され
    ていることを特徴とする電子装置。
  8. 【請求項8】請求項6又は7に記載の電子装置におい
    て、前記各装置の外部リードピン又は半田ボールグリッ
    ドアレイの半田ボールは等距離配線の一つおきに接続さ
    れるように設置され、左右の外部リードピンの配置ピッ
    チが半ピッチずらされてなる半導体記憶装置が少なくと
    も一つ以上搭載されていることを特徴とする電子装置。
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