JP4071914B2 - 半導体素子及びこれを用いた半導体装置 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の電極が主表面に設けられる半導体素子、特に、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）等のような、基板上に半導体素子を搭載し、ボンディングワイヤにて半導体素子に設けられた電極と基板に設けられた端子との電気的な接続が行われる半導体素子及びこれを用いた半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子回路や電子装置を用いた電子機器の機能は著しい進歩が続いている。これら機器に用いられる電子回路や電子装置は半導体装置により実現されている。このため、半導体装置は、高機能化が進められ、これに伴い、外部の装置等との信号の授受を担う電極（パッドとも称する）の数も増加（多ピン化）している。
【０００３】
また、電子機器は、携帯電話等に代表されるように、小型化や軽量化の要求が高い。このため、半導体装置としても、小型化が望まれる傾向にある。このような多ピン化と小型化の要求をともに満足する半導体装置として、ＢＧＡがある。
【０００４】
ＢＧＡは、一方の表面に半田等の金属導体からなるボール電極が複数搭載され、多層配線構造のものであれば内部配線にて、ボール電極が複数搭載されている表面あるいは他方の表面に設けられた端子とボール電極とが電気的に接続された基板を有する。この基板における、端子が配置された他方の表面上の所定の領域に半導体素子が配置される。半導体素子の基板と対向しない側の主表面には複数の電極が設けられており、この電極と基板に設けられた端子とが、それぞれボンディングワイヤのような金属細線にて電気的に接続されている。この後、半導体素子とボンディングワイヤとは絶縁性の封止樹脂にて覆われる。
【０００５】
ＢＧＡは、このような構成とすることで、他の構造の半導体装置、例えば、ＤＩＰ（Ｄｕａｌ Ｉｎ−Ｌｉｎｅ Ｐａｃｋａｇｅ）やＱＦＰ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｐａｃｋａｇｅ）等と比較して、外形寸法が同程度のまま、多ピン化が実現できる。これは、複数のボール電極が基板の一方の表面に２次元的に配置しているためである。
【０００６】
また、ＢＧＡに用いられる半導体素子としては、可能な限りのサイズの縮小化及び多ピン化に対応して、電極数が増えるため、半導体素子の主表面において、複数の電極を千鳥状に配置する等にして工夫されている。
【０００７】
このように構成されたＢＧＡ型半導体装置は、プリント基板上のプリント配線と、ボール電極を介して電気的に接続されるようにして、プリント基板等に搭載されるものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ＢＧＡ型半導体装置は、半導体素子を搭載する基板上の配線密度の制限から、電源電圧の供給に用いられる電源用端子や接地電圧の供給に用いられる接地用端子それぞれを多数設けずに共通化させるようにしている。
【０００９】
例えば、基板における半導体素子の配置領域の周辺を包囲するような枠形状の接地用端子を設けるとともに、この接地用端子の周辺を包囲するような枠形状の電源用端子を設ける。複数の信号用端子は、接地用端子の外周に沿って、一列、あるいは千鳥状に配置されている。
【００１０】
しかしながら、このように各端子が配置された基板へ半導体素子を配置し、各端子と半導体素子の主表面に設けられた各電極との電気的な接続を取るにあたり、ワイヤボンディングにおける金属細線間での干渉を避けることを考慮すると、以下のような問題がった。
【００１１】
つまり、ワイヤボンディングにおける金属細線間での干渉を避けるため、基板における半導体素子の配置領域により近い側に配置された接地用端子、電源用端子とそれぞれ接続されるべき、半導体素子における接地用電極、電源用電極は、千鳥状に配置される電極の外側（半導体素子の辺により近い側）に配置するようにしなければならない。このため、半導体素子における千鳥状に配置される電極の外側に配置される電極は、信号の入力や出力に用いられる信号用電極の他、接地用電極、電源用電極が含まれることとなる。この結果、半導体素子における千鳥状に配置される電極の外側に配置される電極が内側（半導体素子のより中心に近い側）に配置される電極より多くなるので、信号用電極の配置に対する自由度が狭くなり、満足するものではなかった。また、この信号用電極の配置の自由度に伴い、基板上における信号用端子の配置の自由度も満足するものではなかった。
【００１２】
また、ノイズ等の影響を考慮し、ボンディングワイヤにおける干渉、ワイヤ長、ワイヤ角度等の制約から、半導体素子における電源用電極や接地用電極の配置が限定されてしまい、やはり、半導体素子における電極の配置の自由度を満足するものではなかった。
【００１３】
このように、半導体素子上における電極の配置の自由度や基板上における端子の配置の自由度が満足されるものではないと、更なる多ピン化が進むにあたり、増加されるピン数に制限が生じたり、半導体素子における電極間ピッチや基板における端子間ピッチが極端に狭くなる箇所が生じることとなる。この結果、ボンディングワイヤの干渉といった問題は、解決しきれなくなるおそれがある。
【００１４】
本発明は、上記問題点を解決し、電極配置の自由度を向上することが実現可能な半導体素子及びこれを用いた半導体装置を提供することを目的とする。
【００１５】
また、本発明は、さらに、さらなる多ピン化に適用可能な半導体素子及びこれを用いた半導体装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するための手段として、本発明は、主表面に、信号の入力あるいは出力に用いられる複数の信号用電極が、主表面における辺に沿って整列配置された半導体素子において、主表面における辺と複数の信号用電極との間に、信号用電極の配列方向の長さより長い電源用あるいは接地用電極が配置されるようにしたものである。
【００１７】
また、本発明は、半導体素子の配置領域周辺に設けられた複数の信号用端子並びに信号用端子より半導体素子の配置領域の近傍に設けられた略枠形状の電源用あるいは接地用端子を有する基板と、主表面に、金属細線にて信号端子と電気的に接続される複数の信号用電極が、主表面における辺に沿って整列配置された半導体素子とを有する半導体装置において、半導体素子の主表面における辺と複数の信号用電極との間に、電源用あるいは接地用端子と金属細線にて電気的に接続され、信号用電極の配列方向の長さより長い電源用あるいは接地用電極が配置されるようにしたものである。
【００１８】
さらに、本発明においては、上記半導体素子や半導体装置において、電源用電極や接地用電極の配置等を工夫している。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の半導体素子及び半導体装置について、図面を用いて以下に詳細に説明する。図１は、本発明が適用される半導体装置の側面図である。なお、実施の形態においては、上面樹脂封止構造（オーバーモールド型）のものを例に説明する。
【００２０】
図１に示すように、半導体装置１００は、基板１０の一方の表面に複数の接続用パッド３０が設けられている。図１には示されていないが、この接続用パッド３０は、２次元方向に複数整列配置されている。この接続用パッド３０上には、それぞれ半田等の金属導体からなるボール電極４０が設けられている。基板１０の他方の表面には封止樹脂２０が設けられており、この封止樹脂２０内には、後述する、電子回路が集積された半導体素子６０が配置される。
【００２１】
図２は、図１に対応した側断面図である。封止樹脂２０内には、基板１０における所定の半導体素子配置領域に半導体素子６０が配置されている。半導体素子６０の主表面とは反対側の面は、基板１０と対向配置され、絶縁性の接着材７０にて、基板１０上に半導体素子６０が固着されている。
【００２２】
基板１０の表面における樹脂封止された領域には、半導体素子６０の各辺に沿って複数の端子８１，８３，８５，８７が整列配置されている。
【００２３】
半導体素子６０に最も近い位置に配置された端子８７は、接地電圧用に用いられる接地用端子である。接地用端子８７は、この半導体素子６０を包囲するような枠状になっている。ただし、枠状は、必ずしも、完全に閉鎖された枠状でなく、一部開放部分を有するものであってもよい。半導体素子６０に２番目に近い位置に配置された端子８５は、電源電圧用に用いられる電源用端子である。電源用端子８５は、接地用端子８７と同様に、この半導体素子６０と接地用端子８７とを包囲するような枠状になっている。ただし、枠状は、必ずしも、完全に閉鎖された枠状でなく、一部開放部分を有するものであってもよい。
【００２４】
電源用端子８５の外周側には、電源用端子８５の各辺に沿って、信号の入力や出力に用いられる複数の信号用端子８１，８３が整列配置されている。これらの複数の信号用端子８１，８３は千鳥状に２列に整列配置されている。図１に示すように、半導体素子６０から最も遠い位置に配置されている複数の信号用端子８１が、千鳥状配列の第１の列となり、電源用端子８５に近い側に配置されている複数の信号用端子８３が、千鳥状配列の第２の列となる。
【００２５】
なお、基板１０はガラスエポキシ系の有機材、あるいはポリイミド系のテープ材から構成されるものである。また、基板１０は多層配線構造を有するものであり、基板１０に内蔵された各中間層に設けられた配線を用いて、複数のボール電極４０と各端子８１，８３，８５，８７がそれぞれ対応付けられて電気的に接続されている。
【００２６】
なお、各端子８１，８３，８５，８７は、例えば、銅箔にニッケルメッキあるいは金メッキを施した構成となっている。つまり、基板１０の半導体素子６０が配置される側の表面に、厚さ１２〜３５μｍｍの銅箔を張り合わせ、その後、各端子８１，８３，８５，８７を設けるべき箇所に銅箔が残るようにエッチングにより加工する。さらに、銅箔に対してその露出部分の腐食を防ぐために、ニッケルメッキあるいは金メッキを施している。
【００２７】
樹脂封止された半導体素子６０の主表面には、複数の電極１８１，１８３，１８５，１８７が整列配置されている。電極１８７は、接地電圧を供給するのに用いられる接地用電極である。接地用電極１８７は、後述するが、第１の実施の形態においては、半導体素子６０の主表面を構成する各辺に沿って延在し、半導体素子６０の中央部分を包囲するような枠状になっている。電極１８５は、電源電圧を供給するのに用いられる電源用電極である。電源用電極１８５は、後述するが、第１の実施の形態においては、半導体素子６０の主表面を構成する各辺に沿って延在し、半導体素子６０の中央部分を包囲するような枠状になっている。
なお、電源用電極１８５は、接地用電極１８７に包囲されるように配置されている。
【００２８】
電極１８１，１８３は、信号の入力や出力に用いられる信号用電極である。信号用電極１８１，１８３は、電源用電極１８５の各辺に沿って整列配置されている。これらの複数の信号用電極１８１，１８３は千鳥状に２列に整列配置されている。図１に示すように、半導体素子６０の主表面の辺から最も遠い位置（半導体素子６０の中央に最も近い位置）に配置されている複数の信号用電極１８１が、千鳥状配列の第１の列となり、電源用電極１８５に近い側に配置されている複数の信号用電極１８３が、千鳥状配列の第２の列となる。
【００２９】
これら各電極１８１，１８３，１８５，１８７はそれぞれ基板１０上の各端子８１，８３，８５，８７と、ボンディングワイヤ等の金属細線９０にて電気的に接続されている。 この金属細線９０は、直径１８〜３０μｍのものである。なお、電気的な接続を可能とするため、各電極１８１，１８３，１８５，１８７は、半導体素子６０における集積された電子回路を保護する絶縁性の保護膜から露出している。
【００３０】
ここで、図２におけるa部分の拡大図を図３に示す。図３（ａ）は、 a部分をＺ方向から見た平面拡大図であり、図３（ｂ）は、図２と同様な方向から見た側面図である。なお、各端子や各電極の配置を明確に示すため、図３（ａ）には金属細線９０を省略して示している。
【００３１】
図３（ａ）から上記説明がより明確に理解されるように、基板１０の表面には、千鳥状に整列配置された信号用端子８１，８３が配置されている。整列方向は、半導体素子６０における対応する各辺６０ａの延在方向である。また、基板１０の表面には、電源用端子８５が半導体素子６０を包囲するように枠状に配置され、この電源用端子８５の内側には、接地用端子８７が半導体素子６０を包囲するように枠状に配置されている。
【００３２】
また、半導体素子６０の主表面には、半導体素子６０の中央部分を包囲するように、各辺６０ａに沿って延在する枠状の接地用電極１８７が配置されている。また、接地用電極１８７の内側には、半導体素子６０の中央部分を包囲するように、各辺６０ａに沿って延在する枠状の電源用電極１８５が配置されている。また、電源用電極１８５の内側には、半導体素子６０の各辺６０ａの延在方向に千鳥状に複数の信号用電極１８３，１８１が整列配置されている。
【００３３】
図３（ｂ）に示されるように、接地用端子８７と接地用電極１８７、電源用端子８５と電源用電極１８５、第２列の信号用端子８３と第２列の信号用電極１８３、第１列の信号用端子８１と第１列の信号用電極１８１をそれぞれ金属細線９０を用いて電気的に接続している。図３（ｂ）から明確なように、このような接続は、基板１０において最も中央部分に近い位置に配置された接地用端子８７が、半導体素子６０の主表面において最も外側に配置された接地用電極１８７と接続されることとなる。また、基板１０において接地用端子８７の次に中央部分に近い位置に配置された電源用端子８５が、半導体素子６０の主表面において接地用電極１８７の次に外側に配置された電源用電極１８５と接続されることとなる。また、基板１０において電源用端子８５の次に中央部分に近い位置に配置された信号用端子８３が、半導体素子６０の主表面において電源用電極１８５の次に外側に配置された信号用電極１８３と接続されることとなる。そして、基板１０において最も中央部分から遠い位置に配置された信号用端子８１が、半導体素子６０の主表面において最も内側に配置された信号用電極１８１と接続されることとなる。
【００３４】
半導体素子６０における電極の配置、特に、接地用電極１８１と電源用電極１８３との配置を、他の信号用電極１８５，１８７とは別の列に配置するようにしたので、金属細線９０同士での干渉を低減することができる。つまり、図３（ｂ）からも分かるように、金属細線９０は、その端子と電極とが役割に応じて配置されているので、金属細線の高さ等を充分異ならせることが実現でき、干渉が起こることが低減されている。より干渉が起こることを低減するためには、半導体素子６０の最も外周側に位置した接地用電極１８７に接続される金属細線の高さを最も低くし、電源用電極１８５、第２列の信号用電極１８３、第１列の信号用電極１８１の順にこれらに接続される金属細線の高さが高くなるようにすればよい。
【００３５】
また、接地用電極１８７と電源用電極１８５との配置を、他の信号用電極１８１，１８３とは別の列に配置しているので、信号用電極１８１，１８３をより多く配置することができる。また、接地用電極１８７と電源用電極１８５とを枠形状としているので、接地用電極１８７や電源用電極１８５には配置や、金属細線との接続箇所や接続数の制限がなく、接続において充分余裕のなる任意の部分にて接地用電極１８７と接地用端子８７、電源用電極１８５と電源用端子８５との金属細線による電気的な接続をとることができる。
【００３６】
なお、先に説明したが、図３（ｂ）に示すように、基板１０に内蔵された各中間層に設けられた配線９５を用いて、複数のボール電極４０と各端子８１，８３，８５，８７がそれぞれ対応付けられて電気的に接続されている。図３（ｂ）としては、例として、接地用端子８７及び信号用端子８５に対する配線９５を示している。なお、図３（ｂ）においては、断面図で示しているため、接地用端子８７に対する配線９５と信号用端子８５に対する配線９５とが短絡しているように見えるが、平面的に見ればこれらは独立したものとなり、電気的に短絡しないものである。
【００３７】
図４に、図３（ａ）において、金属細線９０による電気的な接続が行われた場合に対応する平面図を示す。
【００３８】
図４に示すように、接地用電極１８７は複数の金属細線９０ｄにて接地用端子８７と電気的に接続している。１本の金属細線９０ｄで接地用電極１８７と接地用端子８７とを電気的に接続するようにしてもよいが、複数の金属細線９０ｄで接続するようにしているのは、金属細線９０ｄにおけるインダクタンスの影響をより少なくする等によりノイズの影響を低減したりでき、また、不測の断線等にも集積された電子回路の動作を充分補償できる等、接地部分の強化ができるからである。
【００３９】
また、電源用電極１８５は複数の金属細線９０ｃにて電源用端子８５と電気的に接続している。１本の金属細線９０ｃで電源用電極１８５と電源用端子８５とを電気的に接続するようにしてもよいが、複数の金属細線９０ｃで接続するようにしているのは、金属細線９０ｃにおけるインダクタンスの影響をより少なくする等によりノイズの影響を低減したりでき、また、不測の断線等にも集積された電子回路の動作を充分補償できる等、電源部分の強化ができるからである。
【００４０】
また、第２列の信号用電極１８３は金属細線９０ｂにて、それぞれ対応する第２列の信号用端子８３と電気的に接続し、第１列の信号用電極１８１は金属細線９０ａにて、それぞれ対応する第１列の信号用端子８１と電気的に接続している。なお、金属細線間での干渉等の問題が生じないのであれば、第２列の信号用電極１８３と第１列の信号用端子８１とを金属細線にて電気的に接続してもよく、第１列の信号用電極１８１と第２列の信号用端子８３とを金属細線にて電気的に接続してもよい。
【００４１】
ここで、電源用電極１８５や接地用電極１８７を図３のように配置するには次のようにすればよい。つまり、半導体素子６０に集積された電子回路の各トランジスタ等の回路素子における電源電圧供給部分を半導体素子内の配線により共通化しておき、半導体素子に集積された電子回路上に設けられた絶縁膜や保護膜に形成したスルーホールを介して半導体素子６０の主表面に設けられた電源用電極１８５と電気的に接続させればよい。同様に、半導体素子６０に集積された電子回路の各トランジスタ等の回路素子における接地電圧供給部分を半導体素子内の配線により共通化しておき、半導体素子に集積された電子回路上に設けられた絶縁膜や保護膜に形成したスルーホールを介して半導体素子６０の主表面に設けられた接地用電極１８７と電気的に接続させればよい。このようにすれば、半導体素子６０に集積された電子回路の配置等に対する制約はほとんどなく、本発明を実現することが可能となる。
【００４２】
このように、本発明の第１の実施の形態における半導体素子や半導体装置を用いることにより、電極や端子の配置の自由度を向上することができる。また、半導体素子としてのサイズを大きくすることなく、信号用の電極の数を増加することも可能となるので、多ピン化に充分対応することができる。
【００４３】
また、実施の形態においては、接地用電極１８７と電源用電極１８５とをともに信号用電極１８１，１８３の整列部分とは別の列として配置したが、いずれか一方を信号用電極１８１，１８３の整列部分とは別の列として配置するものであっても、上記のように、電極や端子の自由度を向上することや多ピン化へ対応する効果は得られる。ただし、接地用電極１８７と電源用電極１８５とをともに信号用電極１８１，１８３の整列部分とは別に配置した方が、より効果的である。
【００４４】
次に、本発明の第２の実施の形態についてを図面を用いて説明する。図５は、本発明の第２の実施の形態における半導体装置の一部拡大図である。図５（ａ）は第１の実施の形態における図３（ａ）に対応する平面拡大図であり、図５（ｂ）は第１の実施の形態における図３（ｂ）に対応する側面拡大図である。図５において、図３と同様な構成要素には同じ符号を付して説明の重複を避けることとする。また、図５においては、配線９５を省略して示しているが、配線９５については図３と同様である。
【００４５】
図５においては、図５（ａ）に示されるように、同一列に電源用電極２８５と接地用電極２８７とが整列配置されている。より詳細には、複数の電源用電極２８５と複数の接地用電極２８７とが交互に同一列に配置されている。この複数の電源用電極２８５と複数の接地用電極２８７とが、半導体素子６０の中央部分を取り囲むように、半導体素子６０の各辺に沿って配置されている。図５（ｂ）に示すように、複数の電源用電極２８５はいずれも金属細線９０にて基板１０の電源用端子８５と電気的に接続されている。また、複数の接地用電極２８７はいずれも金属細線９０にて基板１０の接地用端子８７と電気的に接続されている。図５における第２の実施の形態の半導体装置のその他の構成は、図３における構成と同様である。
【００４６】
図６は、図５（ａ）において、金属細線９０による電気的な接続が行われた場合に対応する平面拡大図である。
【００４７】
図６に示すように、複数の電源用電極２８５それぞれは複数の金属細線９０ｃにて電源用端子８５と電気的に接続されている。１本の金属細線９０ｃで１つの電源用電極２８５と電源用端子８５とを電気的に接続するようにしてもよいが、１つの電源用電極２８５に対して複数の金属細線９０ｃで接続するようにしているのは、金属細線９０ｃにおけるインダクタンスの影響をより少なくする等によりノイズの影響を低減したりでき、また、不測の断線等にも集積された電子回路の動作を充分補償できる等、電源部分の強化ができるからである。
【００４８】
また、複数の接地用電極２８７それぞれは複数の金属細線９０ｄにて接地用端子８７と電気的に接続されている。１本の金属細線９０ｄで１つの接地用電極２８７と接地用端子８７とを電気的に接続するようにしてもよいが、１つの接地用電極２８７に対して複数の金属細線９０ｄで接続するようにしているのは、金属細線９０ｄにおけるインダクタンスの影響をより少なくする等によりノイズの影響を低減したりでき、また、不測の断線等にも集積された電子回路の動作を充分補償できる等、接地部分の強化ができるからである。
【００４９】
なお、複数の電源用電極２８５は、それぞれが第１の実施の形態と同様に半導体素子に集積された電子回路上に設けられた絶縁膜や保護膜に形成したスルーホール等により、半導体素子６０に集積された回路素子の電源供給部分と電気的に接続されている。半導体素子６０内の配線領域に余裕があれば、電源用電極２８５間を電気的に接続するようにしてもよい。このようにすれば、信号用電極１８１，１８３と信号用端子８１，８３との金属細線９０による電気的な接続により、いくつかの電源用電極２８５と電源用端子８５との電気的接続のための金属細線９０の配置領域が確保されず、金属細線の干渉を生じかねない場合に、このような電源用電極２８５と電源用端子８５との電気的接続を行わないようにすることが可能である。なお、複数の電源用電極２８５間が電気的に接続されておらず、各電源用電極２８５がそれぞれ任意の回路素子の電源供給部分と接続されるようになっている場合には、これら電源用電極２８５間を接続するための配線やその領域を用いないので、半導体素子６０における集積される電子回路の配置の自由度が高い。また、接地用電極２８７においても上記と同様なことが言える。
【００５０】
このように、第２の実施の形態における半導体素子及び半導体装置によれば、第１の実施の形態と同様な効果を得ることができる。
【００５１】
また、第２の実施の形態においては、電源用電極２８５と接地用電極２８７とを同一列に配置するようにしたので、電源用電極１８５と接地用電極１８７とをそれぞれ別の列に配置している第１の実施の形態に比べて、半導体素子６０のサイズをより縮小化することができる。
【００５２】
次に、本発明の第３の実施の形態についてを図面を用いて説明する。図７は、本発明の第３の実施の形態における半導体装置の一部拡大図である。図７（ａ）は第１の実施の形態における図３（ａ）に対応する平面拡大図であり、図７（ｂ）は第１の実施の形態における図３（ｂ）に対応する側面拡大図である。図７において、図３と同様な構成要素には同じ符号を付して説明の重複を避けることとする。また、図７においては、配線９５を省略して示しているが、配線９５については図３と同様である。
【００５３】
図７においては、図３の構成に加えて、更に、半導体素子６０の主表面の中央部分に配置された、半導体素子６０と同様な形状、つまり、矩形状の接地用電極３８７と、この接地用電極３８７を包囲するように配置された枠状の電源用電極３８５とを有するものである。図７におけるその他の構成要素は図３と同様である。
【００５４】
図７（ｂ）に示されるように、電源用電極３８５は電源用電極１８５と金属細線３９０により電気的に接続され、接地用電極３８７は接地用電極１８７と金属細線３９０により電気的に接続されている。
【００５５】
図８は、第３の実施の形態における半導体素子６０の平面図である。なお、図８においては、信号用電極１８１，１８３は省略して示している。
【００５６】
図８に示されるように、接地用電極１８７と電源用電極１８５とは、第１の実施の形態と同様に、枠状になっている。さらに、電源用電極３８５が、半導体素子６０の主表面の中央部分を包囲するような枠状になっている。接地用電源３８７は、電源用電極３８５に包囲され、半導体素子６０の中央部分を覆うような矩形状になっている。
【００５７】
図９は、図７（ａ）において、金属細線９０による電気的な接続が行われた場合に対応する平面拡大図である。
【００５８】
電源用電極３８５は電源用電極１８５と複数の金属細線３９０ａにより電気的に接続されている。１本の金属細線３９０ａで電源用電極３８５と電源用電極１８５とを電気的に接続するようにしてもよいが、電源用電極３８５に対して複数の金属細線３９０ａで接続するようにしているのは、金属細線３９０ａにおけるインダクタンスの影響をより少なくする等によりノイズの影響を低減したりでき、また、不測の断線等にも集積された電子回路の動作を充分補償できる等、電源部分の強化ができるからである。
【００５９】
接地用電極３８７は接地用電極１８７と複数の金属細線３９０ｂにより電気的に接続されている。１本の金属細線３９０ｂで接地用電極３８７と接地用電極１８７とを電気的に接続するようにしてもよいが、接地用電極３８７に対して複数の金属細線３９０ｂで接続するようにしているのは、金属細線３９０ｂにおけるインダクタンスの影響をより少なくする等によりノイズの影響を低減したりでき、また、不測の断線等にも集積された電子回路の動作を充分補償できる等、電源部分の強化ができるからである。
【００６０】
電源用電極３８５や接地用電極３８７を図７のように配置するには次のようにすればよい。つまり、半導体素子６０に集積された電子回路の各トランジスタ等の回路素子における電源電圧供給部分を半導体素子内の配線により共通化しておき、半導体素子に集積された電子回路上に設けられた絶縁膜や保護膜に形成したスルーホールを介して半導体素子６０の主表面に設けられた電源用電極３８５と電気的に接続させればよい。同様に、半導体素子６０に集積された電子回路の各トランジスタ等の回路素子における接地電圧供給部分を半導体素子内の配線により共通化しておき、半導体素子に集積された電子回路上に設けられた絶縁膜や保護膜に形成したスルーホールを介して半導体素子６０の主表面に設けられた接地用電極３８７と電気的に接続させればよい。このようにすれば、半導体素子６０に集積された電子回路の配置等に対する制約はほとんどなく、本発明を実現することが可能となる。
【００６１】
なお、金属細線３９０ａと金属細線３９０ｂとの干渉が起こることを低減するためには、半導体素子６０の外周側に位置した接地用電極１８７と接地用電極３８７とに接続される金属細線３９０ｂの高さを高くし、電源用電極１８５と電源用電極３８５とに接続される金属細線３９０ａの高さが低くなるようにすればよい。
【００６２】
このように、第３の実施の形態における半導体素子及び半導体装置によれば、第１の実施の形態と同様な効果を得ることができる。
【００６３】
また、第３の実施の形態においては、半導体素子６０に集積された電子回路を構成するトランジスタ等の回路素子に対して、半導体素子６０の中央部分及びその近傍領域に配置された回路素子における電源電圧が供給される部分を共通化して、電源用電極３８５と電気的に接続することができ、それ以外の領域に配置された回路素子における電源電圧が供給される部分を共通化して、電源用電極１８５と電気的に接続することができる。同様に、半導体素子６０の中央部分及びその近傍領域に配置された回路素子における接地電圧が供給される部分を共通化して、接地用電極３８７と電気的に接続することができ、それ以外の領域に配置された回路素子における接地電圧が供給される部分を共通化して、接地用電極１８７と電気的に接続することができる。
【００６４】
このようにすることで、半導体素子６０内の配線を引き回して、電源用電極１８５あるいは接地用電極１８７へ接続するようにすることに比べて、配線の引き回し、特に、半導体素子６０の中央部分及びその近傍領域に配置された回路素子に対して、電源電圧供給のためあるいは接地電圧供給のための配線の引き回しが少なくなる。この結果、第１の実施の形態に比べて、半導体素子６０内での電子回路や配線に対する配置の自由度を向上されることができ、また、低インダクタンス化が可能となり、半導体素子内における電源電圧や接地電圧をより安定化することができる。
【００６５】
以上、本発明の半導体素子及び半導体装置についてを、図面を用いて詳細に説明したが、本発明は上記のものに限定されず、種々の変更が可能である。
【００６６】
例えば、上記各実施の形態においては、半導体素子６０に設けられる信号用電極や基板１０に設けられる信号用端子を千鳥状に配置するようにしているが、これに限定されるものではなく、信号用電極と信号用端子の一方あるいは両方を、半導体素子６０の各辺に沿って一列に整列配置するようにしてもよい。
【００６７】
また、上記各実施の形態においては、基板１０を平面状のもので、各端子を同一平面に配置するものとして説明したが、これに限定されるものではなく、２段以上の多段構造のものを用いてもよい。この場合、多段により構成された基板の凹部内に半導体素子６０を配置し、各段に、接地用端子、電源用端子、信号用端子をそれぞれ配置すればよい。このようにすると、金属細線間での干渉や金属細線によるインダクタンスがより低減される。
【００６８】
このような基板１０が多段構造のものであれば、実施の形態の説明に用いた上面樹脂封止構造以外の構造、例えば、半導体装置の多ピン化、高放熱化により好適なＣａｖｉｔｙ Ｄｏｗｎ構造のものにも本発明を十分適用可能である。
【００６９】
Ｃａｖｉｔｙ Ｄｏｗｎ構造についてを図１０を用いて説明する。図１０は、本発明の第１の実施の形態を適用した半導体装置の断面図である。なお、図１０において、先に説明した実施の形態における構成要素と同様な構成については同じ符号を付している。
【００７０】
図１０に示すように、 Ｃａｖｉｔｙ Ｄｏｗｎ構造の半導体装置は、基板１０にザグリ部（孔）４５０が設けられている。このザグリ部４５０は、基板１０において、基板１０の略中央部分を含む領域に設けられている。第１の実施の形態で示した電極配置を有する半導体素子６０はザグリ部４５０内にて、接着材７０により基板１０に固着されている。基板１０のザグリ部４５０周辺には、各実施の形態で示した配置の端子８１，８３，８５，８７が設けられている。これらの端子と半導体素子６０の電極とは、金属細線９０にてそれぞれ電気的に接続されている。この接続は、各実施の形態で説明したのと同様に、接地用端子８７と接地用電極１８７が、電源用端子８５と電源用電極１８５が、第２列の信号用端子８３と第２列の信号用電極１８３が、第１列の信号用端子８１と第１列の信号用電極１８１が、それぞれ接続されるようになっている。
【００７１】
また、基板１０の半導体素子６０が配置される側の表面における、端子より外周側の領域には、接続用パッド３０が複数配置されている。この接続用パッド３０上には、それぞれボール電極４０が設けられている。各接続用パッド３０と各端子８１，８３，８５，８７とは、対応するもの同士がそれぞれ基板１０内の内部配線９５を介して電気的に接続されている。
【００７２】
このように、ボール電極４０が、基板１０の半導体素子６０が配置される側の表面に複数配置された構造であるＣａｖｉｔｙ Ｄｏｗｎ構造の半導体装置においても本発明は適用可能である。
【００７３】
なお、図１０においては、第１の実施の形態を適用したものを例に説明したが、第２の実施の形態や第３の実施の形態の発明をＣａｖｉｔｙ Ｄｏｗｎ構造の半導体装置に適用することも可能である。
【００７４】
また、各実施の形態においては、半導体装置として、半導体素子６０の主表面、と、金属細線９０と、端子８１，８３，８５，８７とを覆うように樹脂にて封止するものを例としたが、樹脂封止しないものでもよいし、樹脂封止する代わりに、半導体素子６０の主表面、と、金属細線９０と、端子８１，８３，８５，８７とを蓋体にて覆い、金属細線９０等を外部と遮断するようにしてもよい。金属細線９０の状態を安定に維持することや不測の短絡を防止することを考慮すれば、樹脂封止するものや蓋体を設けるものが望ましい。放熱性やコストの面からより安価にすることを考慮すれば、樹脂にて封止したりせずまた、蓋体を設けたりしない方が望ましい。
【００７５】
また、第１及び第３の実施の形態においては、電源用電極１８５や接地用電極１８７、及び電源用電極３８５をそれぞれ枠状としているが、必ずしも、完全に閉鎖された枠状でなく、一部開放部分を有するものであってもよい。また、接地用電極３８７を矩形状としているが、これも一部開放部分を有するあるいは完全に閉鎖された枠状にしてもよい。
【００７６】
つまり、本発明においては、半導体素子の表面に設けられる電源用電極や接地用電極を、基板における端子の配置に対応させて、半導体素子の各辺と信号用電極との間に配置することや、基板における電源用端子や接地用端子に対応させ、電源用端子や接地用端子との金属細線による電気的な接続をとるための作業性を高めるため、信号用電極の長さ（信号用電極が整列される方向の長さ）より、電源用端子や接地用端子の長さを長くしておくことが重要である。
【００７７】
また、第２の実施の形態においては、電源用電極２８５と接地用電極２８７を複数個としているが、これは電源用電極２８５と接地用電極２８７とをそれぞれ少なくとも２個以上であればよい。つまり、半導体素子６０の各角部分からその角を構成する辺の略中央部分まで延在する位置に対して、それぞれ電源用電極２８５と接地用電極２８７とを交互に配置すればよい。
【００７８】
また、第１及び第３の実施の形態においては、基板１０における電源用端子８５が接地用端子８７より半導体素子６０から遠い位置に配置されていたため、電源用電極１８５の外周側に接地用電極１８７を設けたが、基板１０における電源用端子８５が接地用端子８７より半導体素子６０から近い位置に配置されていた場合には、接地用電極１８７の外周側に電源用電源１８５を設けるようにしてもよい。
【００７９】
また、各実施の形態においては、半導体素子６０を基板１０に固着するのに、絶縁性の接着材７０を用いていたが、導電性の接着材を用いてもよい。この場合、基板１０に設けられる接地用端子８７と半導体素子６０とが導電性の接着材を介して電気的に接続されるようにすれば、半導体素子６０の基板電位を接地電圧とすることが容易に実現できる。
【００８０】
この際、接地用端子８７を、例えば、枠状ではなく、半導体素子６０よりも大きなサイズの矩形状としたり、あるいは枠状の対向する辺間や対角部分を結ぶ部分を有するようなメッシュ状として、半導体素子６０の裏面側まで延在するようにし、この接地用端子８７上に接着材を介して、半導体素子６０を基板１０に固着するようにしてもよい。このようにすれば、製造工程が増加することなく、半導体素子６０を安定して基板１０に固着することができ、より確実かつ容易に、半導体素子６０の基板電位を接地に固定することができる。
【００８１】
なお、上述のように、半導体素子６０の裏面側まで延在するようにし、この接地用端子８７上に接着材を介して、半導体素子６０を基板１０に固着する場合、端子間の不必要な電気的な短絡を生じさせないために、導電性の接着材が、接地用端子８７の近傍に配置された電源用端子８５や信号用端子８１，８３まで延在しないように配慮する必要がある。このため、例えば、接地用端子８７上には、半導体素子６０を取り囲むような壁を設けることが好ましい。このような壁を設けることで、導電性の接着材が、電源用端子８５や信号用端子８１，８３まで流れでていくことを防止することができる。
【００８２】
なお、 Ｃａｖｉｔｙ Ｄｏｗｎ構造の半導体装置においては、金属細線の断線や不測の短絡等を考慮すれば、接続された金属細線９０の高さを、接続用パッド３０の高さにボール電極４０の高さを加算したものより低くなるようにした方がよい。また、半導体素子６０の主表面と、金属細線９０と、端子８１，８３，８５，８７とを覆うように樹脂にて封止あるいは蓋体にて外部と遮断するようにしてもよい。この際、平坦なプリント基板への実装を考慮すると、ボール電極４０の接続を確実に行えるようにするため、封止樹脂あるいは蓋体の高さを、接続用パッド３０の高さにボール電極４０の高さを加算したものより低くなるようにした方がよい。
【００８３】
【発明の効果】
以上のように、本発明の半導体素子及び半導体装置によれば、電極配置の自由度を向上することができる。
【００８４】
また、本発明の半導体素子及び半導体装置によれば、さらなる多ピン化に適用可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される半導体装置の側面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態における半導体装置の側断面図である。
【図３】図２におけるa部分の拡大図であり、図３（ａ）は、 a部分をＺ方向から見た平面拡大図であり、図３（ｂ）は、図２と同様な方向から見た側面拡大図である。
【図４】図２におけるa部分の拡大図であり、金属細線による電気的な接続が行われた場合に対応する平面拡大図を示す。
【図５】本発明の第２の実施の形態における半導体装置の図であり、図５（ａ）は平面拡大図であり、図５（ｂ）は側面拡大図である。
【図６】図５（ａ）において、金属細線による電気的な接続が行われた場合に対応する平面拡大図を示す。
【図７】本発明の第３の実施の形態における半導体装置の図であり、図７（ａ）は平面拡大図であり、図７（ｂ）は側面拡大図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態における半導体素子の平面図である。
【図９】図７（ａ）において、金属細線による電気的な接続が行われた場合に対応する平面拡大図を示す。
【図１０】本発明を適用した他の構造の半導体装置の断面図である。
【符号の説明】
１０ 基板
２０ 封止樹脂
３０ 接続用パッド
４０ ボール電極
６０ 半導体素子
７０ 接着材
９０、３９０ 金属細線
８１、８３ 信号用端子
８５ 電源用端子
８７ 接地用端子
１８１、１８３ 信号用電極
１８５、２８５、３８５ 電源用電極
１８７、２８７、３８７ 接地用電極

Claims (2)

  1. 主表面に、信号の入力あるいは出力に用いられる複数の信号用電極が、前記主表面における辺に沿って整列配置された半導体素子において、
    前記主表面における前記辺と複数の信号用電極との間に、該信号用電極の配列方向の長さより長い電源用あるいは接地用電極が配置されており、
    前記電源用電極と前記接地用電極とがともに、前記辺と複数の信号用電極との間にて前記信号用電極を取り囲むように配置され、かつ前記電源用電極と前記接地用電極とのいずれか一方が他方を取り囲むように配置されており、
    前記電源用電極と前記接地用電極とのうち、他方を取り囲むように配置された一方と電気的に接続される電極を、前記主表面の略中央部分を覆うように配置し、前記他方に相当する電極と電気的に接続される電極を、前記主表面の略中央部分を覆うように配置された電極を取り囲むように配置したことを特徴とする半導体素子。
  2. 半導体素子の配置領域周辺に設けられた複数の信号用端子並びに該信号用端子より前記半導体素子の配置領域の近傍に設けられた略枠形状の電源用あるいは接地用端子を有する基板と、主表面に、金属細線にて前記信号端子と電気的に接続される複数の信号用電極が、前記主表面における辺に沿って整列配置された半導体素子とを有する半導体装置において、
    前記半導体素子の前記主表面における前記辺と複数の信号用電極との間に、前記電源用あるいは前記接地用端子と金属細線にて電気的に接続され、該信号用電極の配列方向の長さより長い電源用あるいは接地用電極が配置されており、
    前記電源用電極と前記接地用電極とがともに、前記辺と複数の信号用電極との間にて前記信号用電極を取り囲むように配置され、かつ前記電源用電極と前記接地用電極とのいずれか一方が他方を取り囲むように配置されており、
    前記電源用電極と前記接地用電極とのうち、他方を取り囲むように配置された一方と電気的に接続される電極を、前記主表面の略中央部分を覆うように配置し、前記他方に相当する電極と電気的に接続される電極を、前記主表面の略中央部分を覆うように配置された電極を取り囲むように配置したことを特徴とする半導体装置。
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