JP4493795B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は高速信号を伝送する信号線を含む半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体チップをインターポーザに搭載し、インターポーザに設けられた導電ボールにより回路基板に接続するようにした半導体装置は公知である。インターポーザは、半導体チップの搭載領域とともに、半導体チップの電極パッドに接続されるボンディングパッドと、導電ボールに接続されるボールランドとを有する。ボンディングパッドとボールランドとは共通の導体片として形成され、互いに電気的に接続されている。
【0003】
半導体チップの電極パッドをインターポーザのボンディングパッドに接続するのに、2つの方式がある。第1はフリップチップボンディング方式であり、半導体チップをインターポーザの表面にフリップチップボンディングすることにより、半導体チップの電極パッドとインターポーザのボンディングパッドとを直接的に接続する。この方式によれば、半導体チップとインターポーザとの間の配線距離を極力短く且つ均一な長さにし、接続距離を短くすることができる。従って、この方式によれば、高速信号の伝送に対応することが容易である。しかし、フリップチップボンディング方式では、半導体チップに予めはんだバンプを形成しておくことが必要であり、しかも、接続が個々での実施となるため、組み立てコストが高く、ハイエンド以外の領域に対しては、使用するには問題がある。
【0004】
第2は、ワイヤボンディング方式である。この場合、半導体チップをインターポーザの表面にダイス付けし、ワイヤによって半導体チップの電極パッドをインターポーザのボンディングパッドに接続する。いずれの場合にも、樹脂封止等を行って半導体装置を完成する。
ワイヤボンディング方式は低コストにて半導体装置を作製可能であるが、配線長は長く、不揃いであり、高速信号の伝送に対応することが難しい。図7はワイヤボンディング方式のインターポーザの一部の一例を示す平面図である。1はインターポーザ、2はインターポーザ1の半導体チップの搭載領域、3、4はインターポーザ1に設けられた導体片である。導体片3はボンディングパッド3aとボールランド3bとを含み、導体片4はボンディングパッド4aとボールランド4bとを含む。また、導体片3、4は電解メッキを使用して作製されることが多く、導体片3、4はメッキの引き出し線3c、4cを有する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
従来のように、周波数が数十MHZの場合、信号をデジタル信号として考え、抵抗分のみを考慮した半導体パッケージの設計とすればよかった。つまり、低周波数領域では、短時間での電流、電圧の変化が小さいため、寄生容量LCの影響を受けず、配線長さを短く、低抵抗でつなげば、問題とはならなかった。
【0006】
しかし、近年の情報処理機器の高速化に伴い、半導体パッケージにおいても高周波数領域で作動する半導体チップを搭載する必要があり、高速信号に対応した設計が求められている。つまり、信号遅延、反射、クロクトークノイズ等の伝送特性をいかに改善するかが重要となる。
また、このような高速信号伝送特性を要する場合には、フリップチップ実装により半導体チップをインターポーザに実装することにより、接続距離を最短にし、低抵抗にて接続する場合が多かったが、フリップチップ実装は組み立てコストが高く、問題となっていた。
【0007】
本発明の目的は、電気特性の向上に対応するとともに低コストにて組み立て可能な半導体装置を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明による半導体装置は、電極パッドを有する半導体チップと、半導体チップが搭載され且つボンディングパッドとボールランドとを有するインターポーザと、半導体チップの電極パッドと該インターポーザのボンディングパッドとを接続するワイヤと、インターポーザのボールランドに接続された導電ボールとを備え、ボンディングパッドとボールランドとは共通の導体片として形成され、該ボンディングパッドと該ボールランドとを含む1つの導体片と該ボンディングパッドと該ボールランドとを含むもう1つの導体片とは、互いに向かい合わせに対称に配置され、1組の該ボンディングパッドと該ボールランドとを含む共通の導体片の列と、もう1組の該ボンディングパッドと該ボールランドとを含む共通の導体片の列とが、半導体チップの一辺に対してほぼ平行に配置され、該1組の該ボンディングパッドと該ボールランドともう1組の該ボンディングパッドと該ボールランドとは半導体チップの一辺に対してほぼ垂直な線上で向かい合わせに配置されることを特徴とするものである。
【0009】
例えば、本発明によれば、低コストにて組み立て可能とするため、フリップチップ実装は使用しない構造とした。つまり、半導体チップをインターポーザの一主面に搭載し、ワイヤボンディング方式で接続し、樹脂封止することにより、CSP等の半導体パッケージを得る。この場合、一対のペア配線を行うために、ボンディングパッドを外部端子となるボールランド間に配置し、隣接する導体片のボンディングパッド形状及びボールランド形状を対称となるようにすることにより、配線長を等長配線構造とし、高速伝送が必要な信号に対応するようにする。
【0010】
つまり、ボンディングパッド形状及びボールランド形状を対称とし、半導体パッケージ内の半導体チップの電極パッドから、外部端子までの配線長を等長配線構造とすることにより、差動信号が利用可能となるため、雑音に強く、ノイズマージンが大きくなり、電圧振幅が小さいので、高速伝送が可能となる。また、差動伝送を利用するため、配線長はフリップチップより長くなるが、低コストにて接続可能なワイヤボンディング方式が利用可能となる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施例について図面を参照して説明する。
図1は本発明による半導体装置のインターポーザを示す平面図、図2は図1のインターポーザの一部を示す平面図、図3は図1のインターポーザを含む半導体装置を示す断面図である。
【0012】
図3において、半導体装置10は、半導体チップ12と、半導体チップ12が搭載されたインターポーザ14と、ワイヤ16と、封止樹脂18と、はんだボール20とからなる。半導体装置10はCSPと呼ばれる小さな半導体パッケージであるのが好ましい。半導体チップ12はダイス付け材22によりインターポーザ14に搭載される。インターポーザ14はTABテープやプリント回路基板等の部材であり、導体片24、26を含む。
【0013】
図1において、半導体チップ12はインターポーザ14の中央部に搭載されている。半導体チップ12はその上面に電極パッド28を有する。インターポーザ14は半導体チップ12の各辺に平行に2列の導体片24、26を有する。
図1及び図2に示されるように、内側の列の各導体片24はボンディングパッド24aとボールランド24bとを有する。同様に、外側の列の各導体片26はボンディングパッド26aとボールランド26bとを有する。各ボンディングパッド24a、26aはワイヤ16によって半導体チップ12の電極パッド28に接続される。各ボールランド24b、26bには図3に示されるようにはんだボール20が接続される。インターポーザ14にはボール装着用の穴が設けられており、はんだボール20はインターポーザ14の裏面側に配置され、ボール装着用の穴を介して各ボールランド24b、26bに接続される。従って、半導体チップ12の電極パッド28は、ワイヤ16、ボンディングパッド24a、26a、導体片24、26、ボールランド24b、26bを介してはんだボール20に電気的に接続される。
【0014】
内側の列の1つの導体片24と、外側の列の1つの導体片26とは、概ね半導体チップ12の一辺に垂直な線上にあり、互いに向かい合わせに配置されている。従って、内側の導体片24のボンディングパッド24aと外側の導体片26のボンディングパッド26aとは近接して位置し、半導体チップ12の一辺からの距離の差が小さくなり、高速伝送が必要な信号に対応することができるようにしている。
【0015】
半導体チップ12の一辺に垂直な線上にある内側の列の1つの導体片24と外側の列の1つの導体片26とは、同じ形状で対称に配置されていると、内側の導体片24のボンディングパッド24aと外側の導体片26のボンディングパッド26aとは互いに接触することなく重畳する位置に配置される。
従って、1つの電極パッド28とボンディングパッド24aとを接続するワイヤ16の長さと、隣接する電極パッド28とボンディングパッド26aとを接続するワイヤ16の長さとを等しくでき、電極パッド28からはんだボール20までの配線長を比較的に短くて(0.5mm以下)互いに等しくすることができる。よって、これらの一対の信号線は高速伝送が必要な一対の信号線に適したものである。これらの一対の信号線は差動信号を搬送するペア配線とすることが好ましい。なお、全ての導体片24、26をこのようにする必要はない。
【0016】
半導体チップの辺の中央付近には高速信号を必要とする配線を配置し、1つの電極パッド28とボンディングパッド24aとを接続するワイヤ16の長さと、隣接する電極パッド28とボンディングパッド26aとを接続するワイヤ16の長さとを等しくするようになっている。高速伝送が必要なペア配線の半導体チップ12の電極パッド28のピッチとインターポーザ14のボンディングパッド24a、24bのピッチとを等しくしている。ペア配線の高速信号用のインターポーザ14のボンディングパッド24a、26aは、半導体チップ12から1.0mm以内の箇所に配置するのがよい。ワイヤ16は半導体チップ12の一片に対して垂直な線から所定の角度範囲(75〜90°)内に入るようにボンディングする。また、半導体チップ12の一辺の周辺部については、ワイヤ16は斜めになる場合が多いが、この場合には、2つのワイヤ16の高さを変えて長さが等しくなるようにすることができる。
【0017】
このように、半導体パッケージ内の半導体チップ12の電極パッド28から、外部端子となるはんだボール20までの配線長を等長配線とすることにより、差動信号が利用可能となるため、雑音に強く、ノイズマージンが大きくなり、電圧振幅が小さいので、高速伝送が可能となる。また、差動伝送を利用するため、配線長はフリップチップより長くなるが、低コストにて接続可能なワイヤボンディング方式が利用可能となる。
【0018】
また、配線密度に余裕がある場合には、高速伝送が必要なペア配線の半導体チップの電極パッドのピッチとインターポーザのボンディングパッドのピッチを同一とすることにより、ワイヤ配線を容易に平行で均一な距離で接続可能となるため、より有効である。
また、このように高速伝送を必要とし、インターポーザ上において対称な形状とする必要がある場合は、メッキの引き出し線がないほうが望ましく、インターポーザのメッキには、無電解メッキ法を使用し、引き出し線を無くす構造とした方がより有効である。つまり、図7のメッキの引き出し線3c、4cをなくすことができる。
【0019】
図4は本発明の他の実施例を示す図である。この実施例では、導体片24、26及びはんだボール20が4列になっている。
図5は、4列の導体片24、26の配列の一例を示す図である。2つの導体片24が、2つの導体片26に対して、上記した1個ずつの導体片の場合と同様の対称な関係で配置される。
【0020】
図6は、4列の導体片24、26の配列の一例を示す図である。1つの導体片24が、1つの導体片26に対して、上記した1個ずつの導体片の場合と同様の対称な関係で配置され、且つこのような全体的な対称な関係の配列が2つ設けられる。ワイヤ配線のループ形状は高いループと低いループの両方を遣い分けることにより対応可能となる。
【0021】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、雑音に強く、ノイズマージンが大きくなり、電圧振幅が小さいので、高速伝送が可能な半導体装置を得ることができる。また、差動伝送を利用するため、配線長はフリップチップより長くなるが、低コストにて接続可能なワイヤボンディング方式が利用可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例による半導体装置のインターポーザを示す平面図である。
【図2】図1のインターポーザの一部を示す部分図である。
【図3】図1のインターポーザを含む半導体装置を示す断面図である。
【図4】本発明の一実施例による半導体装置の示す断面図である。
【図5】図5の導体片の配列の一例を示す平面図である。
【図6】図5の導体片の配列の他の一例を示す平面図である。
【図7】従来技術を示す図である。
【符号の説明】
10…半導体装置
12…半導体チップ
14…インターポーザ
16…ワイヤ
18…封止樹脂
20…はんだボール
24、26…導体片
24a、26a…ボンディングパッド
24b、26b…ボールランド
28…電極パッド
Claims (1)
- 電極パッドを有する半導体チップと、該半導体チップが搭載され且つボンディングパッドとボールランドとを有するインターポーザと、該半導体チップの電極パッドと該インターポーザのボンディングパッドとを接続するワイヤと、該インターポーザのボールランドに接続された導電ボールとを備え、該ボンディングパッドと該ボールランドとは共通の導体片として形成され、該ボンディングパッドと該ボールランドとを含む1つの導体片と該ボンディングパッドと該ボールランドとを含むもう1つの導体片とは、互いに向かい合わせに対称に配置され、1組の該ボンディングパッドと該ボールランドとを含む共通の導体片の列と、もう1組の該ボンディングパッドと該ボールランドとを含む共通の導体片の列とが、半導体チップの一辺に対してほぼ平行に配置され、該1組の該ボンディングパッドと該ボールランドともう1組の該ボンディングパッドと該ボールランドとは半導体チップの一辺に対してほぼ垂直な線上で向かい合わせに配置されることを特徴とする半導体装置。
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