JP4759798B2 - 半導体装置の接続構造 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路とこれを搭載する配線基板とのバンプによる電極間の接続構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年の半導体装置形状は小型、高密度化が進み、その電極ピッチも狭くなってきている。信号電極ピッチが狭くなるとその電極上に配置したバンプ間の結合容量が増大しクロストークが無視できなくなってきている。図10と図11は従来のバンプ接続構造において、それぞれ先行技術として開示されている特開平6−104260と特開平3−198358に記載された接続構造を示したものである。この対策として、図10においては半導体集積回路の信号電極周囲にグランド電極を配置し、信号バンプ5をグランドバンプ6で囲う構造とすることにより、信号電極間のクロストークによるノイズの低減を図っている。図11においては、信号用バンプの周囲に電源用バンプを設けさらに信号リードをグランドリードで囲う構造とし、クロストークの低減を図っている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のバンプ接続構造においては、図10と図11中の信号用バンプとグランド用バンプあるいは電源用バンプは、バンプ間の空気またはモールド樹脂を介することで、等価的に図12に示すバンプ間の結合容量の等価回路1206−1,1206−2に示す様な結合容量を持つこととなる。この結合容量により、半導体集積回路とこれを搭載する配線基板間を伝送されるべき高周波域の信号が、グランド用バンプへ流れ込み、信号に損失が生じる。また、グランド用バンプへ信号が漏れ込むことにより、半導体集積回路内のグランドレベルが振られ、回路動作を不安定にする。
【0004】
したがって本発明の目的は、従来の様な隣接するバンプの結合容量による高周波域の信号特性の悪化を軽減した半導体集積回路とこれを搭載する配線基板とのバンプによる電極間の接続構造を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する為に本発明の半導体装置の接続構造は、半導体集積回路の電極とこれを搭載する配線基板の電極をバンプで電極間の一つを接続する構造に関し、半導体集積回路上に複数電極を等間隔に並べ、前記配線基板上には前記半導体集積回路上の電極よりも電極間隔が広い複数の電極を並べた電極配置を有し、前記半導体集積回路上の電極表面に対して垂直で且つ電極の中心に位置する直線が前記配線基板上の電極の中心を通過するような位置に配置した前記半導体集積回路上の電極および前記配線基板上の電極を信号電極とし、前記半導体集積回路上の電極表面に対して垂直で且つ隣接する2つの電極間の中央を通過する直線が配線基板上の隣接する2つの電極間の中央を通過するような位置にあって且つ対向した位置に配置した、前記半導体集積回路上の2つの電極およびこれらに対応する前記配線基板上の2つの電極の一方を電源電極、もう一方をグランド電極とし、前記半導体集積回路上の信号電極、電源電極、グランド電極それぞれの中心に配置したバンプで、前記配線基板上の信号電極、電源電極、グランド電極とを接続する構造を
特徴としている。
また、半導体集積回路上の電極ピッチと電極サイズが配線基板上の電極ピッチと電極サイズに等しい電極のレイアウトで、前記半導体集積回路上及び前記配線基板上にそれぞれ対応したレイアウトで、電源電極を複数個連続し、また、グランド電極を複数個連続して並べて、前記半導体集積回路上及び前記配線基板上の信号電極は電源電極またはグランド電極を挟んで配置し、前記信号電極をバンプで接続し、前記半導体集積回路の電源電極とグランド電極が隣接する部分は前記半導体集積回路上と前記配線基板上の電源電極とグランド電極のそれぞれをバンプで接続して、信号電極に隣接する電源電極とグランド電極については接続しないことを特徴としている。
また、半導体集積回路上の電極ピッチと電極サイズが配線基板の電極ピッチと電極サイズに等しい電極のレイアウトで、半導体集積回路上の電極が2つ以上連なって同一信号の入力端あるいは、電極が2つ以上連なって同一信号の出力端となっている場合、この2つ以上連なった電極の内1つだけを前記配線基板の電極とバンプにより接続することを特徴としている。
また、前記バンプは金属球を押しつぶした楕円球状の金属バンプであり、この楕円球状の金属バンプで接続する構造を特徴とした請求項1乃至3記載の半導体装置の接続構造。
また、前記バンプを金属あるいは導電性樹脂を、円柱形状あるいは角柱形状に形成した導電性ピラーとし、この導電性ピラーで接続する構造を特徴としている。また、前記バンプを銅製の球を芯とした半田ボールによって形成したボールバンプとし、このボールバンプで接続する構造を特徴としている。
【0006】
【発明の実施の形態】
次に、本発明について図面を参照しながら説明する。図1は本発明の第1の実施形態を示す断面図である。これは半導体集積回路101の電極ピッチと電極サイズが、配線基板102の電極ピッチと電極サイズと異なる場合であり、半導体回路101の電極の中心113を通る電極表面に対して垂直な直線115が、配線基板102上の電極の中心114通過する半導体集積回路102上の電極および、配線基板上の電極を信号電極103、107−3とし、これらの電極をバンプによって接続する。
【0007】
上記の信号電極の接続に加えて、半導体集積回路102上の隣接する2つの電極間の中点111を通る電極表面に対して垂直な直線116が、配線基板102上の隣接する2つの電極間の中点112を通過する場合、前記半導体集積回路101上の2つの電極をそれぞれグランド電極105−1、電源電極とし104−1、この2つの電極105−1、104−1のそれぞれと対をなす、配線基板上の電極をグランド電極107−1、電源電極107−2とし、半導体集積回路101上と配線基板上102の2つのグランド電極105−1、107−1をバンプによって接続し、同様に2つの電源電極104−1、107−2をバンプによって接続する。
【0008】
上記の様なバンプ接続方法をとることにより、電源電極を接続するバンプ110−1とグランド電極を接続するバンプ109−1は近接し、結合容量が大きくなることでバイパスコンデンサの効果をなし、電源のノイズを低減できる。また、信号電極を接続するバンプ103とグランド電極や電源電極を接続するバンプ109−1,110−2の間隔が広がり、結合容量が低減することで信号電極を接続するバンプの電気特性の改善が図れる。
【0009】
図2は本発明の第2の実施形態である。これは半導体集積回路201の電極ピッチと電極サイズが、配線基板202の電極ピッチと電極サイズとが異なる場合で、図1の実施形態と異なる点は配線基板側の電極ピッチと電極サイズである。半導体集積回路201上の隣接する2つの電極間の中点209を通る電極表面に対して垂直な直線216が、配線基板202上の隣接する2つの電極間の中点210を通過する場合、半導体集積回路201上の2つの電極をそれぞれグランド電極204−1、電源電極203−1とし、この2つの電極204−1、203―1のそれぞれと対をなす配線基板上の電極をグランド電極206−1、電源電極206−2とし、半導体集積回路上と配線基板上の2つのグランド電極をバンプ208−1によって接続し、同様に2つの電源電極をバンプ207−1によって接続する。上記の様なバンプ接続方法をとることにより、グランド電極を接続するバンプ208−1と電源電極を接続するバンプ207−1は近接し結合容量が大きくなり、バイパスコンデンサの効果をなし、電源のノイズを低減できる。
【0010】
図3は本発明の第3の実施形態である。これは半導体集積回路301の電極ピッチと電極サイズが、配線基板302の電極ピッチと電極サイズとが異なる場合で、第1、第2と異なる点は配線基板側の電極ピッチと電極サイズである。半導体集積回路301上の隣接する2つの電極間の中点310を通る電極表面に対して垂直な直線316が、配線基板302上の隣接する2つの電極間の中点311を通過する場合、半導体集積回路301上の2つの電極をそれぞれグランド電極307−2、電源電極308−1とし、この2つの電極307−2、308−1のそれぞれと対をなす配線基板上の電極をグランド電極309−1、電源電極309−2とし、半導体集積回路上と配線基板上の2つのグランド電極307−2、309−1をバンプ304によって接続し、同様に2つの電源電極308−1、309−2をバンプ305によって接続する。これに加え半導体集積回路301上の同一信号の入力端または同一信号の出力端として連なって配置した信号電極303−1、303−2の内、最も近傍にあるバンプ305から離れた電極303−2を信号電極として、配線基板302上の信号電極309−3に、バンプ306によって接続する。
【0011】
上記の様なバンプ接続方法をとることにより、グランド電極を接続するバンプ304と電源電極を接続するバンプ305は近接し結合容量が大きくなり、バイパスコンデンサの効果をなし、電源のノイズを低減できる。また、信号電極を接続するバンプ306と電源電極を接続するバンプ305の間隔は広がり、結合容量が低減することにより信号電極を接続するバンプの電気特性の改善が図れる。
【0012】
本発明の第4の実施形態を図4に示す。これは半導体集積回路401の電極ピッチと電極サイズが配線基板402の電極ピッチと電極サイズとが等しい場合で、半導体集積回路401上の隣接して配置された電源電極409−1とグランド電極408−2は配線基板402上の電源電極410−2とグランド電極411−1に電源バンプ406とグランドバンプ405を介して接続する。また信号電極404に隣接する電源電極409−3やグランド電極408−3は接続しない。
【0013】
上記の様なバンプ接続方法をとることにより、電源電極を接続するバンプ406とグランド電極を接続するバンプ405の結合容量は大きくなり、バイパスコンデンサの効果をなし、電源のノイズを低減できる。また、信号電極を接続するバンプ407と電源電極を接続するバンプ406または、グランド電極を接続するバンプ405との結合容量が低減することにより、接合部の電気特性の改善が図れる。
【0014】
本発明の第5の実施形態を図5に示す。半導体集積回路501上の電極ピッチと電極サイズと配線基板502上の電極ピッチと電極サイズとが等しい場合についてであり、半導体集積回路501上の電極について、同一信号の入力端であるかまたは、同一信号の出力端である信号電極である隣接する電極504−1と電極504−2について任意のどちらか、図3では504−2にバンプ505を配置し、配線基板502上の電極503−2と接続する。同一信号の入力端または出力端である信号電極503−3、503−4の接続については、バンプ505から遠いほうの信号電極503−4と504−4をバンプ506で接続する。同様にバンプ506から遠い方の電極504−6と503−6をバンプ507で接続する。上記の様なバンプ接続方法をとることにより、各信号電極を接続するバンプ505,506,507の間隔が広がり、結合容量は減少し、電気特性を改善できる。
【0015】
図6は半導体集積回路上の電極ピッチと電極サイズおよび配線基板の電極ピッチと電極サイズが図1の実施形態と同じであり、接続部バンプを導電性ピラーに置き換えた本発明の第6の実施形態である。導電性ピラーは金属または導電性樹脂または絶縁体にメッキして導電性を持たせたものであり、円柱形状あるいは角柱形状とした。前記の様な導電性ピラーによる接続方法をとることにより、第1の実施形態と同様に、電源電極を接続する導電性ピラー610−1とグランド電極を接続する導電性ピラー609−1は近接し、バイパスコンデンサの効果をなし、電源のノイズを低減でき、信号電極を接続する導電性ピラー608と、グランド電極605−2や電源電極604−1を接続する導電性ピラー610−2,609−1の間隔が広がり、結合容量が低減することにより信号電極を接続する導電性ピラーの電気特性の改善が図れる。
【0016】
図7と図8は図6の実施形態における導電性ピラー形状を変形した、それぞれ第7、第8の実施形態である。図7は電極面よりもピラー710−1を断面の狭いものとし、半導体集積回路701上の電極705−1と配線基板702上の電極707−1を接続した構造である。また、図8は半導体集積回路801上の電極と配線基板802上の電極の間隔よりも長いピラーを屈曲させ半導体集積回路上の電極と配線基板上の電極を接続した構造である前記の様な導電性ピラーによる接続方法をとることにより、第1の実施形態と同様の理由により、さらに電源のノイズを低減でき、信号電極を接続する導電性ピラーの電気特性の改善が図れる。
【0017】
図9は半導体集積回路上の電極ピッチと電極サイズおよび配線基板の電極ピッチと電極サイズが第1の実施形態と同じで、接続部バンプをボールバンプに置き換えたものである。ボールバンプは銅製の球917を芯としている、半導体回路上の電極905−1と配線基板上の電極907−1の間に半田ボール910−1を形成することで行う。上記の様なボールバンプによる接続方法をとることにより、第1の実施形態と同様に、電源電極を接続するボールバンプ909−1とグランド電極を接続する銅製の球910−1は近接し、バイパスコンデンサの効果をなし、電源のノイズを低減できる。また、信号電極を接続するボールバンプ908に対する、グランド電極905−2を接続するボールバンプ910−2と電源電極904−1を接続するボールバンプ909−1の間隔が広がり、結合容量が低減することにより信号電極を接続するボールバンプの電気特性の改善が図れる。
【0018】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の第1の効果は、バンプ接合部の電気的特性が改善されることである。その理由は、信号電極間の隣接バンプとの結合容量が小さくなるためである。第2の効果は、電源、グランド間のノイズが低減されることである。その理由は、電源バンプとグランドバンプの間隔を狭く配置することにより結合容量を増大させる事が出来、バイパスコンデンサとしての役割を果たすことがためである。本発明の接続構造では、電源電極とグランド電極のバンプ間隔は狭くなり、信号電極のバンプ間隔は広がる。従って電源−グランド電極のバンプ間の結合容量が増大し、バイパスコンデンサの役割を果たすので電源ノイズを低減できる。また、信号電極のバンプ間の結合容量は低減し、クロストークによるノイズが低減し、電気特性を改善できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態を示すバンプによる接続構造断面図である。
【図2】本発明の第2の実施形態を示すバンプによる接続構造断面図である。
【図3】本発明の第3の実施形態を示すバンプによる接続構造断面図である。
【図4】本発明の第4の実施形態を示すバンプによる接続構造断面図である。
【図5】本発明の第5の実施形態を示すバンプによる接続構造断面図である。
【図6】本発明の第6の実施形態を示すバンプによる接続構造断面図である。
【図7】本発明の第7の実施形態を示すバンプによる接続構造断面図である。
【図8】本発明の第8の実施形態を示すバンプによる接続構造断面図である。
【図9】本発明の第9の実施形態を示すバンプによる接続構造断面図である。
【図10】従来のバンプによる接続構造におけるバンプ間の結合容量を示す断面図。
【図11】従来のバンプによる接続構造を示す平面図である。
【図12】従来のバンプによる接続構造におけるバンプ間の結合容量を示す断面図。
【符号の説明】
101,201,301,401,501,601,701,801,901,1201 半導体集積回路
102,202,302,402,502,602,702,802,902,1202 配線基板
103,107−3,303−1,303−2,309−3,403,404,504−1〜6,503−1〜6,603,607−3,903,907−3,1204−2,1203−2 信号電極
104−1,104−2,107−2,107−5,203−1,203−2,206−2,206−4,308−1,308−2,309−2,409−1〜3,411−1〜3,604−1,604−2,607−2,707−5,704−1,704−2,707−2,707−5,804−1,804−2,807−2,807−5,904−1,904−2,907−2,907−5,1203−3,1204−3 電源電極
105−1,105−2,107−1,107−4,204−1,204−2,206−1,206−3,307−1,307−2,309−1,408−1〜3,410−1〜3,605−1〜2,607−1,607−4,705−1〜2,707−1,707−4,805−1〜2,807−1,807−4,905−1〜2,907−1,907−4,1203−1,1204−1 グランド電極
107−1〜5,206−1〜4,309−1〜3,606−1〜3,706−1〜3 806−1〜3,906−1〜3 電極
110−1,109−1,108,110−2,109−2,208−1,207−1,208−2,207−2,304,305,306,405,406,407,505,506,507,1205−1,1205−2,1204−3 バンプ
111,112,209,210,310,311,611,612,711,712,811,812,911,912 隣接する2電極間の中央
113,114,613,614,713,714,813,814,913,914 電極の中心
115,116,615,616,715,716,815,816,915,916 電極表面に対して垂直な直線
610−1,609−1,608,610−2,609−2,710−1,709−1,708,710−2,709−2,810−1,809−1,808,810−2,809−2 導電性ピラー
910−1,909−1,908,910−2,909−2 ボールバンプ
1206−1,1206−2 バンプ間の結合容量の等価回路
917 銅製の球
Claims (4)
- 半導体集積回路の電極とこれを搭載する配線基板の電極をバンプで電極間の一つを接続する構造に関し、半導体集積回路上に複数電極を等間隔に並べ、前記配線基板上には前記半導体集積回路上の電極よりも電極間隔が広い複数の電極を並べた電極配置を有し、前記半導体集積回路上の電極表面に対して垂直で且つ電極の中心に位置する直線が前記配線基板上の電極の中心を通過するような位置に配置した前記半導体集積回路上の電極および前記配線基板上の電極を信号電極とし、前記半導体集積回路上の電極表面に対して垂直で且つ隣接する2つの電極間の中央を通過する直線が配線基板上の隣接する2つの電極間の中央を通過するような位置にあって且つ対向した位置に配置した、前記半導体集積回路上の2つの電極およびこれらに対応する前記配線基板上の2つの電極の一方を電源電極、もう一方をグランド電極とし、前記半導体集積回路上の信号電極、電源電極、グランド電極それぞれの中心に配置したバンプで、前記配線基板上の信号電極、電源電極、グランド電極とを接続する構造を特徴とした半導体装置の接続構造。
- 前記バンプは金属球を押しつぶした楕円球状の金属バンプであり、この楕円球状の金属バンプで接続する構造を特徴とした請求項1記載の半導体装置の接続構造。
- 前記バンプを金属あるいは導電性樹脂を、円柱形状あるいは角柱形状に形成した導電性ピラーとし、この導電性ピラーで接続する構造を特徴とした請求項1記載の半導体装置の接続構造。
- 前記バンプを銅製の球を芯とした半田ボールによって形成したボールバンプとし、このボールバンプで接続する構造を特徴とした請求項1記載の半導体装置の接続構造。
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