JP4586316B2 - 半導体チップ搭載用基板及びそ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、半導体パッケージ等の半導体装置で用いられる半導体チップ搭載用基板及びその半導体チップ搭載用基板を備えた半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、電子情報機器の小型化及び高性能化に伴い、これに搭載される半導体パッケージ等の半導体装置をより高密度化するための技術開発が盛んである。半導体パッケージを高密度化するための構造として、BGA(Ball Grid Array)構造が知られている。図10は、BGA構造を採用した半導体パッケージの基本構成の一例を示す。この半導体パッケージは、主面(図中上面)に集積回路が形成された半導体チップ900を、ダイペースト904を介して絶縁基板(サブストレート)902に固定し、封止材918により封止したものである。半導体チップ900の表面には、その集積回路から引き出された電極パッド920が形成されている。絶縁基板902の主面には、半導体チップ900の電極パッド920と外部接続端子である半田バンプ908とを接続するための導体パターンが形成されている。この導体パターンは、導体ワイヤ910を介して半導体チップ900の電極パッド920に接続されるランド930と、絶縁基板902に形成したスルーホールを介して半田バンプ908に接続される接続パッド932とを含んでいる。
【0003】
図11は、絶縁基板902上の導体パターンを示す平面図である。導体パターンの各ランド930は、絶縁基板902上において、実装される半導体チップ100の外周に沿って配列されている。各接続パッド932は、絶縁基板902の内側の領域に、二次元的に配列されている。ランド930と接続パッド932とは、それぞれリード934によって接続されている。各ランド930の平面形状は、図12に平面形状を拡大して示すように一定の幅W(約0.1mm)を有する長尺形状であり、その表面に導体ワイヤ910がボンディングされる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、近年、半導体パッケージの高密度化の要請から、パッケージサイズを変えずに多ピン化することが求められており、そのため、ランド930の配列ピッチを狭くし、配列密度を向上させることが必要になっている。しかしながら、ランド930の配列ピッチを狭くするには、以下のような問題がある。
【0005】
すなわち、各ランド930には、ボンディングの際に導体ワイヤ910が接地する可能性のあるエリア(ワイヤ接地可能エリアRとする。)が存在するため、導体ワイヤ910の相互の接触を防止するためには、このワイヤ接地可能エリアRが互いに重なり合わないようにしなければならない。このワイヤ接地可能エリアRは、半径0.25mmで扇角30°の扇形であることが知られており、このようなエリアを確保するには、ランド930の配列ピッチを約0.13mm以上にすることが必要になる。
【0006】
一方、ワイヤ接地可能エリアRを確保するため、図13に示すように、各ランド930を絶縁基板902(図11)の外側及び内側に交互にずらして千鳥状に配置することも検討されている。しかしながら、この場合には、各ランド930の隙間Cが狭くなりすぎ、現在のエッチング処理能力(30μm以上の隙間が必要とされる)では製造が困難であるという問題がある。
【0007】
従って本発明は、ランドの配列密度を向上させることができる半導体チップ搭載用基板及びその半導体チップ搭載用基板を用いた半導体装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の半導体チップ搭載用基板は、その主面に半導体チップ搭載領域を有する絶縁基板と、搭載される半導体チップの電極パッドから延びる導体ワイヤが接続される略長方形状のランド部と、外部接続端子としての電極に接続されるパッド部と、上記ランド部と上記パッド部とを接続するリード部とを有し、上記絶縁基板の主面に形成されている複数の導体パターンとを有し、上記ランド部が、その中央部に形成された他の領域よりも幅が狭い括れ部と、上記括れ部よりも上記半導体チップ搭載領域から離れた位置に形成され、上記導体ワイヤの接続の際にキャピラリが接地して上記導体ワイヤが機械的に接続されるキャピラリ接地部とを有すると共に、その長手方向が搭載される半導体チップの対応する電極パッドに対して略直線状になるように上記半導体チップ搭載領域の外周に沿って配置されており、隣接するランド部において、上記キャピラリ接地部と上記括れ部とが対向するように配置されている。
【0009】
このように、隣り合うランドの括れ部とキャピラリ接地部とを対向させることにより、隣り合うランド間に必要な隙間(エッチング処理可能な程度の隙間)を確保し、且つ、導体ワイヤの相互接触を防止するための領域を確保しつつ、ランドの配列ピッチを狭くすることができる。これにより、ランドの配列ピッチを狭くし、配列密度を向上させることが可能になる。
【0010】
また、本発明においては、上記各ランド部の長手方向が上記複数のランド部の配列方向に対して直交しており、上記各ランド部が上記配列方向の直交方向に交互にずらして配置されていることが好ましい。
【0011】
また、本発明では、上記ランド部の長手方向が上記半導体チップ搭載領域の中心部に対して略放射線状になるように配置されていることが好ましい。
【0012】
また、本発明では、上記括れ部を挟んで上記キャピラリ接地部に対応する位置に形成されたワイヤ接触部と上記キャピラリ接地部とが略円形状であることが好ましい。
【0013】
また、本発明では、上記括れ部の幅が上記キャピラリ接地部の幅の25%から75%であることが好ましい。
【0014】
また、本発明の半導体装置は、上述した半導体チップ搭載用基板と、その主面に複数の電極パッドを有し、上記半導体チップ搭載用基板の半導体チップ搭載領域に搭載された半導体チップと、上記各電極パッドと上記半導体チップ搭載用基板の各ランド部とをそれぞれ接続する複数の導体ワイヤと、上記導体ワイヤ及び上記半導体チップを封止する封止材とを有する。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に沿って説明する。図1及び図2は、本発明を適用した半導体パッケージの一部切り欠き斜視図及び側断面図である。本実施の形態の半導体パッケージは、半導体チップ100を、ダイペースト104を介して絶縁基板102に固定し、封止材118により封止したものである。半導体チップ100は、シリコン基板の一方の面に図示しない集積回路を形成したものであり、他方の面において絶縁基板102に固定されている。半導体チップ100の集積回路側の面の外周には、その集積回路から引き出された多数の電極パッド120が配列されている。
【0016】
絶縁基板102は、ポリイミド又はセラミックス製の基板である。絶縁基板102の表面(半導体チップ100側の面)には、半導体チップ100の電極パッド120と外部接続端子である半田バンプ108とを電気的に接続するための導体パターンが形成されている。この導体パターンは、絶縁基板102上に銅などで形成されたものであり、半導体チップ100の電極パッド120に導体ワイヤ110を介して接続されるランド130と、絶縁基板102のスルーホールを介して半田バンプ108に接続される接続パッド132とを含んでいる。ランド130は、絶縁基板102に実装される半導体チップ100の外周に沿って配列されており、接続パッド132は、絶縁基板102の内側に二次元的に配列されている。
【0017】
図3は、絶縁基板102上の導体パターンを拡大して示す平面図である。絶縁基板102上の導体パターンは、更に、ランド130よりも幅の細いパターン部分であるリード134,136を有している。リード134は、各ランド130と各接続パッド132とをほぼ一対一で結び、これらを電気的に接続するものである。又、リード136は、製造工程の一部において例えばテスト用端子として用いられるものである。
【0018】
図4は、各ランド130の平面形状を拡大して示す平面図である。ランド130は、その配列方向(X方向)に直交する方向に縦長となるように配置されている。このランド130の長手方向は、半導体チップ100の各電極パッド120から伸びる導体ワイヤ110の延出方向(図1参照)とほぼ一致している。ランド130の外側(絶縁基板102の外周に近い側)の領域は、導体ワイヤ110のボンディング工程においてキャピラリ(後述)を接地させるためのキャピラリ接地部202となっている。このキャピラリ接地部202は、ボンディング工程において、導体ワイヤ110の一端が最終的に固定される部分である。又、ランド130の内側(半導体チップ100に近い側)の領域は、導体ワイヤ110のボンディング工程において導体ワイヤ110が接触し得るワイヤ接触部204となっている。このワイヤ接触部204は、ボンディング工程において、導体ワイヤ110が一時的に載せられる部分である。キャピラリ接地部202及びワイヤ接触部204は、いずれも略円形の平面形状を有している。更に、ワイヤ接触部204のキャピラリ接地部202側の領域は、キャピラリ接地部202よりも幅が狭い括れ部200となっている。この括れ部200は、キャピラリ接地部202及びワイヤ接触部204を結ぶ凹曲面を有している。ランド130を構成するこれら括れ部200、キャピラリ接地部202及びワイヤ接触部204は、いわゆる瓢箪形状をなしている。好適な実施例では、キャピラリ接地部202の幅Wは0.1mmであり、キャピラリ接地部202及びワイヤ接触部204の中心間距離は0.15mmである。又、特に、括れ部200の幅は、キャピラリ接地部202の幅に対して、25%〜75%の範囲にあることが好ましい。
【0019】
絶縁基板102上において、ボンディング工程中に導体ワイヤ110が接地する可能性のあるエリア(ワイヤ接地可能エリアとする。)は、図中符号Rで示すように、例えば、半径0.25mmで扇角30°の扇形のエリアである。ランド130は、その配列方向(図中矢印Xで示す)に直交する方向に交互にずらされて配列されており、ワイヤ接地可能エリアRが相互に重なり合わないように、かつ、隣り合うランド130の間で括れ部200とキャピラリ接地部202とが対向するように配列されている。このように配列したのは、導体ワイヤ110の相互接触を防止し、且つ、ランド130間の隙間Cをエッチング可能な隙間30μm以上に保ちつつ、配列ピッチを狭くするためである。
【0020】
更に、括れ部200の外周(凹曲面)の曲率半径R3は、キャピラリ接地部202(凸曲面)の半径R1と略同じに設定されている。このようにすれば、キャピラリ接地部202と括れ部200との間の隙間を一定間隔にすることができるからである。又、ワイヤ接触部204の半径R2は、キャピラリ接地部202の半径R1よりも僅かに小さく設定されている。好適な実施例では、キャピラリ接地部202の幅Wを0.1mm(すなわち半径R1を0.05mm)とした場合、ランド130の配列ピッチPは0.122mmにすることができる。
【0021】
図5は、本実施の形態に係るランド130の配列例を示す図であり、絶縁基板102の表面の約4分の1の領域に対応している。本実施の形態における幅0.1mmのランド130を、一辺が13mmの正方形の半導体チップ100(図5では省略)の外周に沿って配列した場合、配列可能なランドの数は、380個(一辺当たり95個)となる。比較のため、図5には、ランド130のような括れ部200を有さないランドS(幅0.1mm)を、上記寸法の半導体チップ100の周囲に配列した例を併せて示す。この場合、半導体チップ100の外周に沿って配列可能なランドの数は、340個(一辺当たり85個)となる。すなわち、本実施の形態を、上記寸法の半導体チップ100を含む半導体パッケージに適用すると、ランドの配列数を40個増加させることができ、半導体パッケージの多ピン化が可能になることが分かる。
【0022】
次に、図6を参照して、本実施の形態に係る半導体パッケージの製造方法について説明する。まず、図6(A)に示すように、ポリイミド又はセラミックス製の絶縁基板102に、スルーホール300を形成する。このスルーホール300の形成は、打ち抜き部材による打ち抜き加工、又はフォトリソグラフィー技術によって行うことができる。次いで、スルーホール300を形成した絶縁基板102の全面に銅箔をラミネートしたのち、フォトリソグラフィー技術を用いてエッチングし、図6(B)に示すようなランド130及び接続パッド132を形成する。続いて、図6(C)に示すように、絶縁基板102の表面に、ランド130となる部分を露出させて、半田マスク302を塗布する。露出したランド130にニッケル又は金メッキを施す。そののち、ディスペンサ(図示せず)を用いて、絶縁基板102上にエポキシ系樹脂からなるダイペースト104を滴下する。液状のダイペースト104が硬化する前に、図6(D)に示すように、別の工程で製造した半導体チップ100を上方から一定の圧力で押し付け、ダイペースト104を半導体チップ100の下面全域に行き渡らせる。この状態で、ヒータ等により雰囲気温度を上げて、ダイペースト104を硬化させ、絶縁基板102上に半導体チップ100を固定する。
【0023】
次に、図6(E)に示すように、半導体チップ100の電極パッド120とランド130とを、導体ワイヤ110でボンディングする。図7は、このボンディング工程を説明するための概略図である。ボンディング工程では、金やアルミニウムの極細ワイヤを軟化状態で供給するキャピラリ400を用いる。まず、キャピラリ400から吐出した極細ワイヤ402の一端を半導体チップ100の電極パッド120上にボンディングしたのち、図7(A)に示すように、極細ワイヤ402をループを描くように引き伸ばし、絶縁基板102上のランド130にボンディングする。ランド130へのボンディングに際し、キャピラリ400は、ランド130のキャピラリ接地部202の中央位置208の上方に位置させる。このとき、極細ワイヤ402は、ランド130のワイヤ接触部204上に載置された状態にある。次いで、図7(B)に示すように、キャピラリ400を下方に(キャピラリ接地部202に対して)押し下げると、極細ワイヤ402の先端側の部分がキャピラリ接地部202上に接地し、ここで固定される。これに伴い、極細ワイヤ402のワイヤ接触部204に接触していた部分は、ワイヤ接触部204から僅かに浮き上がる。この状態からキャピラリ400を上昇させ、キャピラリ400をこのランド130上から退避させる。極細ワイヤ402は、ランド130のキャピラリ接地部202に先端が固定されたまま残る。これにより、半導体チップ100の電極パッド120とランド130とのボンディングが完了し、ボンディングされた極細ワイヤ402が導体ワイヤ110となる。
【0024】
電極パッド120とランド130とのボンディングが完了した後、図6(F)に示すように、モールド樹脂よりなる封止材118で半導体チップ100を封止する。最後に、絶縁基板102のスルーホール300内に半田ペーストを充填して半田バンプ108を形成する。以上の工程を経て、半導体パッケージが完成する。
【0025】
以上説明したように、本実施の形態によれば、隣り合うランド130の間で、括れ部200とキャピラリ接地部202とを対向させる構成としたので、導体ワイヤ110の相互接触を防止すると共に、ランド130間の隙間Cをエッチング可能な隙間30μm以上に保ちつつ、配列ピッチを狭くすることができる。これにより、パッケージサイズをそのままにしてランド130の数を増やし、多ピン化することが可能になり、半導体パッケージの高密度化が可能になる。
【0026】
特に、本実施の形態では、各ランド130を、その配列方向に直交する方向に交互にずらして配置するようにしたので、隣り合うランド130の間で、括れ部200とキャピラリ接地部202とを確実に対向させることができ、配列密度を更に向上させることができる。
【0027】
更に、本実施の形態では、各ランド130の形状をほぼ瓢箪形状としたので、ランド130上に導体ワイヤ110が接地又は接触する領域を確保しつつ、ランド130の配列密度を向上させることができる。加えて、括れ部200の幅をキャピラリ接地部202の幅の25%〜75%の範囲としたので、キャピラリ接地部202及びワイヤ接触部204の面積を十分確保しつつ、ランド130の配列密度を確実に向上させることができる。
【0028】
次に、上述した実施の形態の変形例について説明する。図8は、上述した実施の形態の変形例に係るランド130の配列を示す平面図であり、絶縁基板102の表面の約4分の1の領域を示すものである。本変形例では、ランド130は、半導体チップ100(図8では省略)の外周に沿って規定される各辺に配列されており、各辺の中央部に位置するランド130は、その長手方向がランド130の配列方向に対して直交し、各辺の端部に近いランド130ほど、その長手方向が当該直交方向から傾斜するようになっている。このようにすれば、ランド130の傾きにより、隣り合うランド130の間で括れ部200とキャピラリ接地部202とが対向する領域が生じるため、ランド130の配列ピッチを狭くすることができるからである。
【0029】
具体的には、本変形例における幅0.1mmのランド130を、一辺が13mmの正方形の半導体チップ100の周囲に配列した場合、配列可能なランド130の数は、316個(一辺当たり79個)となる。比較のため、図8には、ランド130のような括れ部200を有さないランドS(幅0.1mm)を、上記寸法の半導体チップ100の周囲に配列した例を示す。この場合、配列可能なランドの数は、308個(一辺当たり77個)となる。すなわち、本変形例を、上記寸法の半導体チップ100を含む半導体パッケージに適用すると、ランドの配列数を8個増加させることができることが分かる。
【0030】
このように、本変形例においても、隣り合うランド130の間で括れ部200とキャピラリ接地部202とを対向させる領域を設けることができるため、ランド130の配列ピッチを狭くし、配列密度を向上させることができる。
【0031】
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。図9(A)は、第2の実施の形態に係るランド130の平面形状及びその配列パターンを示す平面図である。各ランド130の形状は、第1の実施の形態と同様であるが、各ランド130が、その配列方向に直交する方向(絶縁基板102の外側及び内側)に交互に完全に位置をずらし、内側に位置するランド130の括れ部200が、外側に位置するランド130のリード134に対向するように配置されている。このような配列を千鳥配列と呼ぶ。更に、隣り合うランド130の間で、括れ部200とワイヤ接地可能エリアRとが対向するよう、各ランド130が配列されている。これにより、ランド130の配列ピッチを小さくすることができる。具体的には、キャピラリ接地部202の幅Wを0.1mmとした場合、ランド130の配列ピッチPを0.109mmまで小さくすることができる。
【0032】
比較のため、図9(B)には、ランド130のような括れ部を有さないランドS(幅0.1mm)を千鳥状に配列した例を示す。この場合、ランドSを、隣接するランド130のワイヤ接地可能エリアRと接触させないよう配列するには、配列ピッチPを0.115mm以上にしなければならない。すなわち、本実施の形態によれば、千鳥配列したランドにおいて、配列ピッチを狭くする効果を奏することが分かる。
【0033】
このように、本実施の形態によれば、ランド130を千鳥配列し、隣り合うランド130の間で、括れ部200とワイヤ接地可能エリアRとを対向させる構成としたことにより、ランド130の配列密度を更に向上させることができる。
【0034】
以上、本発明の各実施の形態を図面に沿って説明した。しかしながら本発明は前記実施の形態に示した事項に限定されず、特許請求の範囲の記載に基いてその変更、改良等が可能であることは明らかである。例えば、第2の実施の形態においては、外側のランド130には絞り部200を設けないようにしてもよい。
【0035】
【発明の効果】
以上の如く本発明によれば、隣り合うランドの間で、括れ部とキャピラリ接地部とを対向させるよう構成としたので、導体ワイヤの相互接触を防止し、且つ、ランドの隙間をエッチング処理可能な程度の広さに保ちつつ、ランドの配列ピッチを狭くすることができる。これにより、ランドの配列ピッチを狭くし、配列密度を向上させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係る半導体パッケージの一部切り欠き側面図である。
【図2】図1に示した半導体パッケージの側断面図である。
【図3】図1に示した半導体パッケージの導体パターンを示す平面図である。
【図4】図1に示した半導体パッケージのランドの平面形状を示す平面図である。
【図5】図4に示したランドの配列パターンを示す平面図である。
【図6】図1に示した半導体パッケージの製造工程を示す工程毎の断面図である。
【図7】図6に示した製造工程におけるボンディング工程を説明するための断面図である。
【図8】第1の実施形態の変形例に係る半導体パッケージにおけるランドの配列を示す平面図である。
【図9】本発明の第2の実施形態に係る半導体パッケージにおけるランドの配列を示す平面図である。
【図10】従来の半導体パッケージの基本構成を示す概略図である。
【図11】図10に示した従来の半導体パッケージの絶縁基板上における導体パターンを示す平面図である。
【図12】図10に示した従来の半導体パッケージのランドの形状を拡大して示す平面図である。
【図13】図12に示した従来の半導体パッケージのランドの他の配列例を示す平面図である。
【符号の説明】
100 半導体チップ
102 絶縁基板
104 ダイペースト
108 半田バンプ
110 導体ワイヤ
118 封止材
120 電極パッド
130 ランド
132 接続パッド
200 括れ部
202,204 主部
300 スルーホール
400 キャピラリ
402 極細ワイヤ

Claims (7)

  1. その主面に半導体チップ搭載領域を有する絶縁基板と、
    搭載される半導体チップの電極パッドから延びる導体ワイヤが接続される略長方形状のランド部と、外部接続端子としての電極に接続されるパッド部と、上記ランド部と上記パッド部とを接続するリード部とを有し、上記絶縁基板の主面に形成されている複数の導体パターンと、
    を含み、
    上記ランド部が、その中央部に形成された他の領域よりも幅が狭い括れ部と、上記括れ部よりも上記半導体チップ搭載領域から離れた位置に形成され、上記導体ワイヤの接続の際にキャピラリが接地して上記導体ワイヤが機械的に接続されるキャピラリ接地部とを有し、
    上記ランド部の長手方向が、搭載される半導体チップの対応する電極パッドに対して略直線状になるように上記半導体チップ搭載領域の外周に沿って配置されており、
    隣接するランド部において、上記キャピラリ接地部と上記括れ部とが対向するように配置されており
    上記各ランド部の長手方向が、上記半導体チップ搭載領域の中心部に対して略放射線状になるように配置されている、
    半導体チップ搭載用基板。
  2. 上記括れ部を挟んで上記キャピラリ接地部に対応する位置に形成されたワイヤ接触部と、上記キャピラリ接地部とが略円形状である、請求項に記載の半導体チップ搭載用基板。
  3. 上記括れ部の幅が、上記キャピラリ接地部の幅の25%〜75%である、請求項又はに記載の半導体チップ搭載用基板。
  4. 請求項1、2又は3に記載の半導体チップ搭載用基板と、
    その主面に複数の電極パッドを有し、上記半導体チップ搭載用基板の半導体チップ搭載領域に搭載された半導体チップと、
    上記各電極パッドと上記半導体チップ搭載用基板の各ランド部とをそれぞれ接続する複数の導体ワイヤと、
    上記導体ワイヤ及び上記半導体チップを封止する封止材と、
    を含む半導体装置。
  5. 基板と半導体チップと複数の導体ワイヤと封止材とを含む半導体装置であって、
    上記基板が、上記基板の主面上のチップ搭載領域の周りに配置された複数の導体パターンを含み、
    上記複数の導体パターンの各々が、略長方形状のランドを有し、
    上記ランドが、上記ランドの中央領域に形成された括れ部分を有し、上記括れ部分の幅が上記ランドの残りの部分の幅よりも小さく、
    上記ランドの上記残りの部分が、キャピラリ・ツール接触部分と上記括れ部分の反対の位置に配置されたワイヤ接触部分とを含み、
    上記複数の導体パターンの隣接するランドが、一つのランドの上記キャピラリ・ツール接触部分が隣接するランドの上記括れ部分に隣接するように、実質的に並行に配置されており、
    上記半導体チップが、その主面上に複数の電極パッドを有し、そして、上記基板の上記半導体チップ搭載領域に搭載されており、
    上記複数の導体ワイヤが、上記電極パッドと上記基板上の上記ランドとを接続し、
    上記封止材が、上記導体ワイヤと上記半導体チップとを封止
    上記ランドの長軸方向が、上記半導体チップ搭載領域の中央部分に関して、略放射状に配置されている、
    半導体装置。
  6. 請求項に記載の半導体装置であって、
    上記ワイヤ接触部分と上記キャピラリ・ツール接触部分とが略長円状である、半導体装置。
  7. 請求項5又は6に記載の半導体装置であって、
    上記括れ部分の幅が、上記キャピラリ・ツール部分の幅の25%―75%の範囲である、半導体装置。
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