JP3947604B2 - 集積回路と集積回路の基板への接続方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、集積回路製造技術の分野に関し、更に詳しくは、ワイヤ・ボンディングされたデバイス上のボンディング・パッドの配置に関する。
【0002】
【従来の技術】
集積回路は、その最終的な使用に先立ってパッケージングされ、回路を損傷から保護するのが典型的である。従って、回路からその回路をパッケージングする構造物への電気的接続を与えることが必要となる。この電気的接続を行う1つの方法は、ワイヤ・ボンディングと称される。
【0003】
ワイヤ・ボンディングは、ワイヤの一端を回路に電気的に接続し、ワイヤの他端をパッケージに電気的に接続することによって行われる。ワイヤと接触する集積回路の部分は、ボンディング・パッドと呼ばれ、ワイヤと接触するパッケージの部分は、ボンド・フィンガと呼ばれる。ボンディング・パッドは、典型的には、集積回路の周辺部の回りに配置され、ワイヤが回路の上方で交差しないようになっている。これによって、ワイヤの短絡が減少し、また、ワイヤの長さを短くすることができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
集積回路の処理技術が進歩するにつれて、回路素子のサイズは縮小してきている。従って、より多くの回路素子を、与えられたサイズの集積回路の中に詰め込むことができる。これによって、回路素子のすべてに電気的に接続するボンディング・パッドの数が増加することが必要となる。集積回路の上のボンディング・パッドは、チップの表面積のかなりの部分を要求する傾向にある。ボンディング・パッドが必要とするスペースは集積回路の全体的コストを上昇させるので、製造業者は、ボンディング・パッドが必要とするスペースの大きさを減少させようとすることになる。
【0005】
ボンディング・パッドが必要とするスペースを減少させる方法の1つは、パッド自体を小型にすること、又は、隣接するパッドの間のピッチを縮小することである。しかし、この方法では、ボンディング・ワイヤが接続されると、問題が生じる。というのは、1つのパッドに接続されたワイヤが隣接するパッドと短絡する可能性が増加するからである。
【0006】
従って、必要なのは、集積回路の上にボンディング・パッドを配置する際に、与えられたスペースの範囲内で、より多くの数のボンディング・パッドを提供しながら、短絡の可能性を減少させ、必要以上に集積回路上の表面積を使用しない方法である。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上述の及びそれ以外の要求は、集積回路であって、この集積回路の周辺部に隣接し同心的であるように配置されているボンディング・パッドの外側リングを有する集積回路によって満足される。ボンディング・パッドの外側リングは、周囲の少なくとも第1の部分に延長する。ボンディング・パッドの内側リングは、ボンディング・パッドの第1のリングの内側にあり隣接し同心的である。このボンディング・パッドの内側リングは、周囲の少なくとも第2の部分に延長している。第1の部分は、前記第2の部分よりも大きい、すなわち、ボンディング・パッドの外側リングは、ボンディング・パッドの内側リングよりも、集積回路のエッジの周囲により多く延長している。更に、ボンディング・パッドの外側リングは、ボンディング・パッドの内側リングよりも多くのボンディング・パッドを有している。トレースが、内側及び外側リングのボンディング・パッドに電気的に接続されており、それぞれのパッドは、一意的なトレースに電気的に接続されている。すなわち、それぞれのパッドは、そのパッドだけに対応し、それ以外のパッドとは無関係のトレースを有している。内側及び外側リングのパッドは、好適実施例では、内側リングの隣接するパッドが外側リングのパッドに接続された少なくとも2つのトレースによって分離されるようにスタガ配列(staggered)されている。
【0008】
パッドの内側及び外側リングをこのようにスタガ配列することによって、パッド密度、製造上の容易性及び信頼性が向上する。パッドのリングを集積回路の周囲の第1及び第2の部分の回りだけに進行させることによって、要求されていないボンディング・パッドによって、スペースが用いられることがなくなる。例えば、パッドの外側リングが、集積回路の周辺部の周囲全体に延長し、パッドの内側リングが、集積回路の周辺部の周囲の半分にだけ延長することも可能であるが、これは、追加的なボンディング・パッドが回路によって必要とされないからである。
【0009】
好適実施例においては、この集積回路は、集積回路を受け取るパッケージ基板と組み合わされてパッケージングされる。パッケージ基板は、集積回路の周辺部に隣接し同心的であるボンド・フィンガの内側リングを有する。ボンド・フィンガのこの内側リングは、周辺部の少なくとも第3の部分に延長している。ボンド・フィンガの外側リングは、周辺部の少なくとも第4の部分に延長している。第1の組のワイヤが、ボンディング・パッドの外側リングの少なくとも一部をボンド・フィンガの内側リングの少なくとも一部と電気的に接続するのに用いられる。この第1の組のワイヤは、第1の高さまで上昇する。第2の組のワイヤが、ボンディング・パッドの内側リングの少なくとも一部をボンド・フィンガの外側リングの少なくとも一部と電気的に接続するのに用いられる。この第2の組のワイヤは、第1の高さよりも高い第2の高さまで上昇する。
【0010】
第1の組のワイヤをパッドの外側リングとフィンガの内側リングとの間に、第2の組のワイヤをパッドの内側リングとフィンガの外側リングとの間に配置することによって、ワイヤの間により多くのオープン・スペースが与えられる。第1の組は、第2の組よりも低い位置までしか上昇しないので、これら2つの組が相互に交差することはない。このようにして、ワイヤの間の短絡の可能性は、減少されている。
【0011】
別の好適実施例では、ボンディング・パッドの第1の又は第2の組、又は、両方の組は、非隣接的(non-contiguous)な態様で配置される。換言すれば、ボンディング・パッドの外側の組は、集積回路の2つの対向する側部に沿って延長し、例えば、ボンディング・パッドの内側の組は、第1の組の2つの非隣接的部分のどちらかの端部に配置されるが、2つの非隣接的部分のどちらかの中央には配置されない。この場合も、効果は、パッド密度が必要な箇所において増加することであり、ただし、その際に、集積回路の電気的な要求以上の数のボンディング・パッドは配置されない。
【0012】
本発明による方法では、集積回路は、パッケージ基板に電気的に接続される。ボンディング・パッドの外側リングは、集積回路の周辺部に隣接し同心的に配置される。パッドの外側リングは、周辺部の少なくとも第1の部分に延長し、ボンディング・パッドの外側リングのそれぞれのパッドは、一意的な電気的トレースに接続される。ボンディング・パッドの内側リングは、ボンディング・パッドの外側リングの内部に隣接し同心的に配置される。パッドの内側リングは、周辺部の少なくとも第2の部分に延長し、周辺部の第1の部分は、周辺部の第2の部分よりも大きい。ボンディング・パッドの内側リングのそれぞれのパッドもまた、一意的な電気的トレースに接続される。
【0013】
ボンディング・パッドの内側及び外側リングのパッドはスタガ配列され、内側リングの隣接するパッドは、外側リングのパッドに接続された少なくとも2つのトレースによって分離されるようになっている。ボンディング・パッドの外側リングの少なくとも一部は、パッケージ基板の上で、ボンド・フィンガの内側リングの少なくとも一部に第1の組のワイヤによって電気的に接続されている。第1の組のワイヤは、第1の高さまで上昇する。ボンディング・パッドの内側リングの少なくとも一部は、パッケージ基板の上で、ボンド・フィンガの外側リングの少なくとも一部に第2の組のワイヤによって電気的に接続されている。第2の組のワイヤは、第1の高さよりも高い第2の高さまでまで上昇する。
【0014】
【発明の実施の態様】
次に、発明の好適実施例を添付の図面を参照しながら説明する。図面では、同じ構成要素に関しては、複数の図面に亘って同じ参照番号を用いている。
【0015】
以下の説明では、ボンディング・パッドをスタガ配列することの意味をまず説明し、次に、ボンディング・パッドを進行型にすることの意味を説明する。
【0016】
集積回路のダイのサイズが縮小される際に製造可能性(manufacturability)、歩留まり及び信頼性を向上させるために、本発明は、ボンディング・パッドを、図1に示されたようなスタガ配列されたパターン(staggered pattern)に配置して用いることを提案する。図1に図解されているように、ボンディング・パッド20a−fは、集積回路ダイ22の上で、2つのリングとして幾何学的に配置される。ダイ22のエッジに近い外側のリングは、ボンディング・パッド20a−dを含み、全体が、21で示されている。ダイ22の中心に近い内側のリングは、ボンディング・パッド20e−fを含み、全体が、23で示されている。外側のリング21は、内側のリング23よりも多くの数のパッドを含む。好適実施例では、外側リング21は、内側リング23の2倍の数のボンディング・パッドを含み、従って、2つのリングの間には2:1の関係が存在する(つまり、内側リング23の1つのパッドに対して、外側リング21には2つのパッドが存在する)。外側リング21のトレース70、71、72、73は、内側リング23のパッド20e−fと外側リングのトレース70−73との間に、それぞれ配置されている。例えば、外側リング21のトレース70は、内側リングのパッド20eと外側リング21のトレース71との間に配置されている。
【0017】
更に図1を参照すると、外側リング21のトレース70−73は、70及び71、72及び74でペアとして配置されており、外側リング21のトレース70−73のそれぞれのペアは、2つの内側リング23のパッドe及びfの間に配置されている。外側リング21のパッド20a−dへの接続の地点において、それぞれの外側リング21のトレース70−73は、外側リング21のパッド20a−dのそれぞれの間の利用可能なパッドのギャップ82を利用して角度が付けられ、それによって、外側リング21のトレース70−73のそれぞれのペアの間のトレース・ギャップ80は、比較的小さくなっている。これは、好ましくは、1μである。I/Oバッファのピッチ26は、バッファ・リング24におけるI/Oバッファのそれぞれの間の中心間の距離として定義されるが、これは、好ましくは、2.9ミル(74.8μ)であり、トレースの幅は、好ましくは、50.0μである。
【0018】
一定のボンディング・パッド20a−fのサイズと一定のトレース70−73の幅とが与えられると、図1のスタガ・パターンによって、従来技術において典型的であるよりも大きなトレース・パッド間のギャップ28が得られる。この従来よりも大きなギャップ28により、ボンディング・パッド20a−fのアライメント誤差に関して、より大きな公差(tolerance)が許容される。換言すれば、製造過程におけるボンディング・ワイヤの誤配置に関して、図1のスタガ・パターンによれば、より大きな誤差が許容される。その理由は、誤差のためのより大きな場所があるからである。その結果として、よりよい製造可能性、歩留まり、信頼性が得られる。電子移動(electromigration)の問題も、トレース70−73の幅をより広くとることによって、減少する。
【0019】
図2に示されるように、内側リング42と外側リング44とから成るボンド・フィンガの2つのリングは、好ましくは共通の平面に配置されるが、パッケージ基板40上に与えられ得る。別の実施例では、ただ1つのリングから成るボンド・フィンガ42が与えられる。しかし、現時点におけるワイヤ・ボンディング技術では、この別の実施例は好ましくなく、その理由は、同じサイズのダイ22をボンド・フィンガ42のただ1つのリングにボンディングするには、基板40上のボンド・フィンガ42に対して同じ最小の幅を用いる場合には、ボンド・フィンガ42とボンディング・パッド20a−fの間に、より大きな距離が必要とされるからである。結果的に、ワイヤがより長くなることになり、従って、2つのボンド・フィンガの基板40にボンディングするのに用いることができるより短いワイヤの長さの場合よりも、インダクタンスが大きくなる。ワイヤが長くなると、スイープやサギング(sweep and sagging)が大きくなり、短絡に起因して歩留まりが低下する。
【0020】
更に図1及び図2を参照すると、ダイ22のエッジに近いリング21のボンディング・パッド20a−dは、パッケージ基板40上に置かれたボンド・フィンガ42の内側リングに、又は、Vdd(電源)リング46に、又は、Vss(グランド)リング48に、ワイヤ・ボンディングされている(ワイヤ50で表されている)。ダイ22の中心に近いリング23におけるボンディング・パッド20e−fは、基板40上のボンド・フィンガ44の外側リングにワイヤ・ボンディングされている(ワイヤ52によって表されている)。リング23よりもリング21により多くのボンディング・パッド20a−dが配置されているので、それに対応して、より多くの数のボンド・フィンガが、パッケージ基板40のリング44よりもリング42に含まれている。
【0021】
図3に図解されているように、2つの異なるワイヤ・ループの高さが、ダイ22を基板40に電気的に接続するのに用いられ、それによって、ワイヤの隙間(クリアランス)を向上して、ワイヤが交差又は短絡する潜在性を最小にする。ワイヤ・ボンディングのプロセスの間に、外側リング21のボンディング・パッド20a−dは、第1のワイヤ・ループの高さを用いて、内側のボンド・フィンガ・リング42、電源(パワー)リング46、又はグランド・リング48にボンディングされる。内側リング23のボンディング・パッド20e−fは、第1のワイヤ・ループの高さよりも高い第2のワイヤ・ループの高さを用いて、外側のボンド・フィンガ・リング44にボンディングされる。第1及び第2のワイヤ・ループの高さの差は、54で示されている。2つの異なるワイヤ・ループの高さを用いることにより、ワイヤ・ボンディング・プロセスの間の生産性を向上させることができる。これにより、歩留まりと信頼性も高めることができる。ASIC(特定用途向けIC)の設計者は、また、ボンディング・パッドを指定する際により大きな融通性を与えられる。
【0022】
再び図1及び図2を参照すると、ダイ22のエッジに近いリング21により多くの数のボンディング・パッドを配置することが効果的である。その理由は、そのような配置により、より多くの信号を、基板40上のボンド・フィンガの内側のリング42にワイヤ・ボンディングすることが可能になるからである。これにより、ダイ22上のボンディング・パッドのリング23から基板40上のボンド・フィンガのリング44へ残りの信号のための比較的長いワイヤをワイヤ・ボンディングすることが簡略化される。本発明は、また、より長いワイヤの場合よりも、小さなインダクタンスを有する短いワイヤをより多く与えることになり、よって、パッケージ内の大多数の信号における電気的寄生(parasitics)を向上させる。
【0023】
ボンディング・パッドのスタガ配列の利点について以上で述べたが、次に、ボンディング・パッドを進行型(progressive)にすることについて説明する。
【0024】
図4には、集積回路22が示されており、その上に、ボンディング・パッドの外側リング21とボンディング・パッドの内側リング23とが設けられている。図示されているように、ボンディング・パッドの外側リング21は周辺部の第1の部分に延長しており、これは、この示されている例では、集積回路22の周囲全体である。ボンディング・パッドの内側リング23は周辺部の第2の部分に延長しており、これは、この示されている例では、集積回路22の周囲の約4分の3である。図示のように、少なくとも2つのトレース70があり、内側リング23のボンディング・パッドのそれぞれの間で外側リング21のボンディング・パッドに接続されている。
【0025】
注意すべきは、この図では、集積回路22のサイズと比較して、ボンディング・パッドの内側及び外側リング21、23とトレース70とは拡大されて示してあり、従って、本発明の重要な特徴を、容易に見ることができ、明瞭に理解できるようになっている点である。
【0026】
示されている例では、外側リング21は、周囲の全体に延長している。この理由は、少なくともその数のボンディング・パッドが必要であるからである。内側のリング23が周囲全体に延長していないのは、それ以上のボンディング・パッドが要求されていないからである。従って、集積回路22の電気的な要求以上には、ボンディング・パッドのためのスペースが用いられることはないというのが、本発明の重要な特徴である。
【0027】
図5には、ボンディング・パッドの非隣接的な特徴が示されている。この例では、外側リング21は、2つの非隣接的な部分として与えられ、集積回路22の頂部と底部とに配置されている。内側リング23は、4つの非隣接的な部分として与えられ、2つの外側リングの部分21の左及び右の端部に配置されている。やはり、内側リング23のボンディング・パッドのそれぞれの間に、少なくとも2つのトレース70が存在する。
【0028】
従って、ボンディング・パッドをスタガ配列の態様で提供することによって、集積回路22の上で、ボンディング・パッドをより高い密度で配置することができ、また、集積回路22の周囲において必要に応じた限度だけで、進行型の態様で(progressive manner)ボンディング・パッドの2つの列を延長させることによって、他の回路素子のために、より多くのスペースが利用可能になる。
【0029】
以上の説明と図面と例示から当業者には明らかなように、本発明の実施例において、修正や改変が可能である。従って、以上の説明は、好適実施例の例示に過ぎず、それらに本発明が限定されることは全く意図されていない。本発明の技術思想と技術的範囲とは、冒頭の特許請求の範囲によってのみ画定される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のスタガ・パターンの2:1の実施例を用いているダイの部分的な平面図である。
【図2】2:1のボンディング・パッドのスタガ・パターンを有するダイとボンド・フィンガの2つのリングを有するパッケージ基板との間のワイヤ接続を示す集積回路の部分的な平面図である。
【図3】図2のダイと基板との断面図であり、ダイを基板にボンディングするのに用いる2つの異なる高さのワイヤ・ループを示している。
【図4】進行型のボンディング・パッドを示す集積回路の平面図である。
【図5】非隣接進行型(non-contiguous progressive)のボンディング・パッドを示す集積回路の平面図である。
Claims (15)
- 集積回路であって、
この集積回路の周囲に隣接し同心的であり、前記周囲の少なくとも第1の部分に延長するボンディング・パッドの外側リングと、
ボンディング・パッドの前記外部リングの内側にあり隣接し同心的であり、前記周囲の少なくとも第2の部分に延長するボンディング・パッドの内側リングと、
を備えており、
前記第1の部分は、前記第2の部分よりも周囲方向に長く、
ボンディング・パッドの前記外側リングは、ボンディング・パッドの前記内側リングよりも多くのボンディング・パッドを有し、
更に、前記内側及び外側リングのボンディング・パッドに電気的に接続されたトレースであって、それぞれのパッドが一意的なトレースに接続されているトレースを備えており、
前記内側及び外側リングのパッドは、前記内側リングの隣接するパッドが前記外側リングのパッドに接続された少なくとも2つのトレースによって分離されるようにスタガ配列されている(staggered)ことを特徴とする集積回路。 - 請求項1記載の集積回路において、ボンディング・パッドの外側リングは非隣接的(non-contiguous)であることを特徴とする集積回路。
- 請求項1記載の集積回路において、ボンディング・パッドの内側リングは非隣接的であることを特徴とする集積回路。
- 請求項1記載の集積回路において、ボンディング・パッドの外側リング及び内側リングは非隣接的であることを特徴とする集積回路。
- パッケージングされた集積回路であって、
集積回路であって、
この集積回路の周囲に隣接し同心的であり、前記周囲の少なくとも第1の部分に延長するボンディング・パッドの外側リングと、
ボンディング・パッドの前記外側リングの内側にあり隣接し同心的であり、前記周囲の少なくとも第2の部分に延長するボンディング・パッドの内側リングと、
を備えており、
前記第1の部分は、前記第2の部分よりも周囲方向に長く、
ボンディング・パッドの前記外側リングは、ボンディング・パッドの前記内側リングよりも多くのボンディング・パッドを有し、
更に、前記内側及び外側リングのボンディング・パッドに電気的に接続されたトレースであって、それぞれのパッドが一意的なトレースに接続されているトレースを備えており、
前記内側及び外側リングのパッドは、前記内側リングの隣接するパッドが前記外側リングのパッドに接続された少なくとも2つのトレースによって分離されるようにスタガ配列されている、集積回路と、
前記集積回路を受け取るパッケージ基板であって、
この集積回路の周囲に隣接し同心的であり、前記周囲の少なくとも第3の部分に延長するボンド・フィンガの外側リングと、
ボンド・フィンガの前記外側リングの内側にあり隣接し同心的であり、前記周囲の少なくとも第4の部分に延長するボンド・フィンガの内側リングと、
を有するパッケージ基板と、
ボンディング・パッドの前記外側リングの少なくとも一部をボンド・フィンガの前記内側リングの少なくとも一部と電気的に接続し、第1の高さまで上昇する第1の組のワイヤと、
ボンディング・パッドの前記内側リングの少なくとも一部をボンド・フィンガの前記外側リングの少なくとも一部と電気的に接続し、前記第1の高さよりも高い第2の高さまで上昇する第2の組のワイヤと、
を備えることを特徴とするパッケージングされた集積回路。 - 請求項5記載の集積回路において、ボンディング・パッドの外側リングは非隣接的(non-contiguous)であることを特徴とする集積回路。
- 請求項5記載の集積回路において、ボンディング・パッドの内側リングは非隣接的であることを特徴とする集積回路。
- 請求項5記載の集積回路において、ボンディング・パッドの外側リング及び内側リングは非隣接的であることを特徴とする集積回路。
- 請求項5記載の集積回路において、ボンド・フィンガの外側リングよりも多くのボンド・フィンガを有するボンド・フィンガの内側リングを更に備えることを特徴とする集積回路。
- 集積回路をパッケージングされた基板に電気的に接続する方法であって、
ボンディング・パッドの外側リングを、前記集積回路の周囲に隣接し同心的になるように提供するステップと、
パッドの前記外側リングを、前記周囲の少なくとも第1の部分に延長するステップと、
ボンディング・パッドの前記外側リングのそれぞれのパッドを、一意的な電気的トレースと電気的に接続するステップと、
ボンディング・パッドの内側リングを、ボンディング・パッドの前記外側リングの内側に隣接して同心的に提供するステップと、
パッドの前記内側リングを、前記周囲の少なくとも第2の部分に延長するステップであって、前記第1の部分は前記第2の部分よりも周囲方向に長い、ステップと、
ボンディング・パッドの前記内側リングのそれぞれのパッドを、一意的な電気的トレースと電気的に接続するステップと、
ボンディング・パッドの前記内側及び外側リングのパッドをスタガ配列し、それにより、前記内側リングの隣接するパッドが、前記外側リングのパッドに接続された少なくとも2つのトレースによって分離されるようにするステップと、
ボンディング・パッドの前記外側リングの少なくとも一部を、第1の高さまで上昇する第1の組のワイヤを用いて、前記パッケージングされた基板上のボンド・フィンガの内側リングの少なくとも一部と電気的に接続するステップと、
ボンディング・パッドの前記内側リングの少なくとも一部を、前記第1の高さよりも高い第2の高さまで上昇する第2の組のワイヤを用いて、前記パッケージングされた基板上のボンド・フィンガの外側リングの少なくとも一部と電気的に接続するステップと、
を含むことを特徴とする方法。 - 請求項10記載の方法において、前記外側リングのボンディング・パッドを非隣接的な構成で提供するステップを更に含むことを特徴とする方法。
- 請求項10記載の方法において、前記内側リングのボンディング・パッドを非隣接的な構成で提供するステップを更に含むことを特徴とする方法。
- 請求項10記載の方法において、前記外側リング及び内側リングのボンディング・パッドを非隣接的な構成で提供するステップを更に含むことを特徴とする方法。
- 請求項10記載の方法において、ボンド・フィンガの前記外側リングにおいてよりも多くのボンド・フィンガをボンド・フィンガの前記内側リングにおいて提供するステップを更に含むことを特徴とする方法。
- 請求項10記載の方法に従ってパッケージングされたことを特徴とする集積回路。
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