JP7134077B2 - 半導体装置および電子装置 - Google Patents

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    • H01L2924/15311Connection portion the connection portion being formed only on the surface of the substrate opposite to the die mounting surface being a ball array, e.g. BGA
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Description

本発明は、半導体装置および半導体装置を含む電子装置に関し、例えば、配線基板上に半導体チップが搭載された半導体装置および電子装置に適用して有効な技術に関する。
特許文献1(特開平11-145319号公報)には、半導体チップが搭載される配線基板において、複数の半田ボールが接続された下面において半導体チップが搭載された領域の反対側には半田ボールが配置されない構造の半導体装置が記載されている。
特開平11-145319号公報
半導体チップが搭載されるチップ搭載面の反対側に複数の半田ボールなどの端子がマトリクス状に配置された、BGA(Ball Grid Allay)タイプの半導体装置の場合、配線基板の被実装面に外部端子を配列させることができるので、半導体装置の端子数を増加させつつ、半導体装置の実装面積の増大を抑制する一つの解決策として有効である。
しかし、配線基板は反り変形が発生し易く、この反り変形に関連する課題が生じる。例えば、反り変形により、複数の端子のコプラナリティ(端子の頂点の高さのバラつき)が大きくなると、複数の端子のうちの一部が実装基板の端子と接続されない。例えば、配線基板に搭載される半導体チップの回路を安定的に動作させるためには、電源電位や基準電位を供給する経路が多数必要である。しかし、コプラナリティが大きいと、端子の一部が実装基板の端子と接続されない為、必要な電力が不足する場合がある。
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
一実施の形態による半導体装置が有する配線基板の下面は、上面に搭載された半導体チップと重なる第1領域と、上記第1領域を囲み、かつ、上記半導体チップと重ならない第2領域と、を含む。上記第1領域は、上記配線基板の上記下面に形成される複数の第2端子が配置されない第3領域と、上記第3領域を囲み、かつ、上記複数の第2端子が配置される第4領域と、を含む。上記複数の第2端子は、上記第1領域の上記第4領域に配置される複数の第1領域端子と、上記第2領域に配置される複数の第2領域端子と、を含む。上記複数の第1領域端子は、上記半導体チップの回路に第1電源電位を供給する複数の第1電源端子、および上記半導体チップの回路に基準電位を供給する複数の基準端子、を含む。
上記一実施の形態によれば、半導体装置の性能を向上させることができる。
一実施の形態である半導体装置の斜視図である。 図1に示す半導体装置の上面図である。 図1に示す半導体装置の下面図である。 図1のA-A線に沿った断面図である。 図4に示す半導体チップが有する回路構成例を模式的に示す説明図である。 図1に示す半導体チップの表面(電極配置面)の平面図である。 図2に示す配線基板の上面において、半導体チップおよびアンダフィル樹脂を取り除いた状態を示す平面図である。 図7に示す配線基板において、最上層の絶縁膜を取り除いた第1層目の配線層のレイアウトの例を示す平面図である。 図7に示す配線基板において、第2層目の配線層のレイアウトの例を示す平面図である。 図9に示す配線層の中央部分を拡大した拡大平面図である。 図7に示す配線基板において、第3層目の配線層のレイアウトの例を示す平面図である。 図4に示す配線基板において、第4層目の配線層のレイアウトの例を示す平面図である。 図4に示す配線基板において、第5層目の配線層のレイアウトの例を示す平面図である。 図4に示す配線基板において、第6層目の配線層のレイアウトの例を示す平面図である。 図4に示す配線基板の反り変形のモデルを示す断面図である。 図3に示す配線基板の中央部周辺の拡大平面図である。 図16に示す配線基板の変形例を示す拡大平面図である。 図16に示す配線基板の他の変形例を示す拡大平面図である。 図16に示す配線基板の他の変形例を示す拡大平面図である。 図4に示す半導体装置を実装基板に搭載した電子装置の断面図である。 図20に示す実装基板の上面の拡大平面図である。 図20に示す実装基板の下面の拡大平面図である。 図22のコンデンサが搭載された領域周辺の拡大平面図である。 図5に対する変形例である半導体装置の回路構成例を模式的に示す説明図である。 図24に示す半導体装置の配線基板の上面における端子レイアウトの構成例を示す平面図である。 図15に対する変形例を示す断面図である。 図15に示す半導体装置に対する他の変形例を示す断面図である。 図27に示す配線基板において、第1層目の配線層のレイアウトの例を示す平面図である。 図27に示す配線基板において、最下層の配線層のレイアウトの例を示す平面図である。
(本願における記載形式・基本的用語・用法の説明)
本願において、実施の態様の記載は、必要に応じて、便宜上複数のセクション等に分けて記載するが、特にそうでない旨明示した場合を除き、これらは相互に独立別個のものではなく、記載の前後を問わず、単一の例の各部分、一方が他方の一部詳細または一部または全部の変形例等である。また、原則として、同様の部分は繰り返しの説明を省略する。また、実施の態様における各構成要素は、特にそうでない旨明示した場合、理論的にその数に限定される場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、必須のものではない。
同様に実施の態様等の記載において、材料、組成等について、「AからなるX」等といっても、特にそうでない旨明示した場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、A以外の要素を含むものを排除するものではない。たとえば、成分についていえば、「Aを主要な成分として含むX」等の意味である。たとえば、「シリコン部材」等といっても、純粋なシリコンに限定されるものではなく、SiGe(シリコン・ゲルマニウム)合金やその他シリコンを主要な成分とする多元合金、その他の添加物等を含む部材も含むものであることはいうまでもない。また、金メッキ、Cu層、ニッケル・メッキ等といっても、そうでない旨、特に明示した場合を除き、純粋なものだけでなく、それぞれ金、Cu、ニッケル等を主要な成分とする部材を含むものとする。
さらに、特定の数値、数量に言及したときも、特にそうでない旨明示した場合、理論的にその数に限定される場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、その特定の数値を超える数値であってもよいし、その特定の数値未満の数値でもよい。また、以下の説明において、ある値と他の値とが「同じ」、あるいは「同一」と記載する場合があるが、「同じ」または「同一」の意味は、厳密に全く同じである場合の他、実質的に同等と見做せる範囲内において誤差がある場合も含む。
また、実施の形態の各図中において、同一または同様の部分は同一または類似の記号または参照番号で示し、説明は原則として繰り返さない。
また、添付図面においては、却って、煩雑になる場合または空隙との区別が明確である場合には、断面であってもハッチング等を省略する場合がある。これに関連して、説明等から明らかである場合等には、平面的に閉じた孔であっても、背景の輪郭線を省略する場合がある。更に、断面でなくとも、空隙でないことを明示するため、あるいは領域の境界を明示するために、ハッチングやドットパターンを付すことがある。
<半導体装置>
まず、本実施の形態の半導体装置PKG1の概要構成について、図1~図4を用いて説明する。図1は本実施の形態の半導体装置の斜視図、図2は、図1に示す半導体装置の上面図である。また、図3は、図1に示す半導体装置の下面図である。また、図4は図1のA-A線に沿った断面図である。なお、図示は省略するが、端子(端子2PD、ランド2LD、外部端子30)の数は、図1~図4に示す態様以外にも種々の変形例が適用できる。
図1に示すように、本実施の形態の半導体装置PKG1は、半導体チップ10と、半導体チップ10が搭載される上面(面、主面、チップ搭載面)20tを有する配線基板20と、を有する。例えば、図4は、図1に示す半導体装置の断面図であるが、見易さのため、外部端子30の数は、図3に示す例よりも少なく表示されている。
図4に示すように、半導体チップ10は、表面(主面、上面)10t、表面10tとは反対側の裏面(主面、下面)10b、および、表面10tと裏面10bとの間に位置する側面10sを有している。また、半導体チップ10は、図2に示すように平面視において配線基板20よりも平面積が小さい四角形の外形形状を成す。図2に示す例では、半導体チップ10は、四つの側面10sのそれぞれが、配線基板20の四つの側面2sのそれぞれに沿って延びるように配線基板20の上面20tの中央部に搭載されている。
また、図4に示すように、半導体チップ10の表面10tには、複数の電極(チップ電極、電極パッド、電極部)1PDが配列されている。本実施の形態では、半導体チップ10の表面10tには、複数の電極1PDが行列状(マトリクス状、アレイ状)に配置されている。半導体チップ10の外部入出力端子である複数の電極1PDを行列状に配置することで、半導体チップ10が備える電極数が増大しても平面積の増大を抑制出来る。また、平面視において、半導体チップ10の中央部分に電力供給用の電極1PDが配置されている場合、半導体チップ10の中央部分に形成されるコア回路に対する電力供給経路を短くできる。
半導体チップ10の表面10tは、配線基板20の上面20tと対向する。このように、半導体チップ10の電極形成面である表面10tが配線基板20のチップ搭載面である上面20tと対向するように半導体チップ10が配線基板20に搭載される方式は、フェイスダウン実装方式、あるいはフリップチップ接続方式と呼ばれる。
フリップチップ接続方式の場合、半導体チップ10の表面10tに配列される電極1PDと配線基板20の上面20tに配列される端子2PDとは、突起電極SBを介して接続される。図4に示すように、複数の電極1PDのそれぞれに突起電極SBが接続され、半導体チップ10の複数の電極1PDと、配線基板20の複数の端子2PDとは、複数の突起電極SBを介して、それぞれ電気的に接続されている。
突起電極SBは、半導体チップ10の表面10t上に突出するように形成された金属部材である。突起電極SBは、本実施の形態では、電極1PD上に、下地金属膜(アンダーバンプメタル)を介して半田材が積層された、所謂、半田バンプである。下地金属膜は、例えば、電極1PDとの接続面側からチタン(Ti)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)が積層された積層膜(ニッケル膜上にさらに金(Au)膜を形成する場合もある)を例示することができる。また、半田バンプを構成する半田材は、例えば、鉛(Pb)入りのSn-Pb半田材や、Pbを実質的に含まない、所謂、鉛フリー半田からなる。鉛フリー半田の例としては、例えば錫(Sn)のみ、錫-ビスマス(Sn-Bi)、または錫-銅-銀(Sn-Cu-Ag)、錫-銅(Sn-Cu)などが挙げられる。ここで、鉛フリー半田とは、鉛(Pb)の含有量が0.1wt%以下のものを意味し、この含有量は、RoHS(Restriction of Hazardous Substances)指令の基準として定められている。
半導体チップ10を配線基板20に搭載する際には、複数の電極1PDおよび複数の端子2PDの双方に、予め半田バンプを形成しておき、半田バンプ同士を接触させた状態で加熱処理(リフロー処理)を施すことで、半田バンプ同士が一体化して、突起電極SBが形成される。また、本実施の形態に対する変形例としては、銅(Cu)やニッケル(Ni)からなる導体柱の先端面に半田膜を形成したピラーバンプが突起電極SBとして用いられても良い。
図示は省略するが、本実施の形態に対する変形例として、半導体チップの裏面10bが配線基板20のチップ搭載面と対向する場合(フェイスアップ実装方式と呼ばれる)もある。この場合、半導体チップ10の電極1PDは表面10tの周縁部に配列される。また、半導体チップの電極1PDと配線基板20の端子2PDとは、図示しないワイヤを介して電気的に接続される。本実施の形態のように、フェイスダウン方式で半導体チップが配線基板20上に搭載される場合、単位面積当たりの電極1PDの配置密度を向上させることができる。また、本実施の形態のように、半導体チップ10の電極1PDと配線基板20の端子2PDとが、突起電極SBを介して電気的に接続される方式の場合、ワイヤによる接続方式と比較して、電極1PDと端子2PDとの間の伝送経路のインピーダンスを低減できる。
また、図示は省略するが、半導体チップ10の主面(詳しくは、半導体チップ10の基材である半導体基板の素子形成面に設けられた半導体素子形成領域)には、複数の半導体素子(回路素子)が形成されている。複数の電極1PDは、半導体チップ10の内部(詳しくは、表面10tと図示しない半導体素子形成領域の間)に配置される配線層に形成された配線(図示は省略)を介して、この複数の半導体素子と、それぞれ電気的に接続されている。
半導体チップ10(詳しくは、半導体チップ10の基材)は、例えばシリコン(Si)から成る。また、表面10tには、半導体チップ10の基材および配線を覆う絶縁膜が形成されており、複数の電極1PDのそれぞれの表面は、この絶縁膜に形成された開口部において、絶縁膜から露出している。また、複数の電極1PDは、それぞれ金属からなり、本実施の形態では、例えばアルミニウム(Al)または銅(Cu)からなる。
また、半導体チップ10が搭載される配線基板20は、図4に示すように、半導体チップ10が搭載された上面20t、上面20tとは反対側の下面(面、主面、被実装面)20b、および上面20tと下面20bの間に配置された複数の側面20s(図1~図2参照)を有する。また、図3に示すように、配線基板20は、平面視において四角形の外形形状を成す。
配線基板20は、チップ搭載面である上面20tの端子2PDと被実装面である下面20bのランド2LDとを電気的に接続する複数の配線層を有する。図4に示す例では、配線層は、上面20t側から順に、配線層WL1、WL2、WL3、WL4、WL5およびWL6の6層の配線層を有している。各配線層は、絶縁膜2eにより覆われる。各配線層を覆う絶縁膜2eには、複数の開口部が設けられ、この複数の開口部のそれぞれには、ビア配線(ビア、層間導電路)2vが埋め込まれている。配線層WL1、WL2、WL3のそれぞれ、および配線層WL4、WL5、WL6のそれぞれは、複数のビア配線2vを介して電気的に接続される。
配線基板20の複数の配線層は、例えば、ガラス繊維に樹脂を含浸させたプリプレグ材からなる絶縁層(コア層、コア材、コア絶縁層)2CRの上面2Caおよび下面2Cbに、それぞれ複数の配線層をビルドアップ工法により積層することで、形成されている。また、絶縁層2CRの上面2Caにある配線層WL3と下面2Cbにある配線層WL4とは、上面2Caと下面2Cbのうちの一方から他方までを貫通するように設けられた複数の貫通孔(スルーホール)に埋め込まれた、複数のスルーホール配線(層間導電路)2TWを介して電気的に接続されている。
なお、図4では、配線基板の一例としてコア層である絶縁層2CRを有する配線基板20を示しているが、図4に対する変形例として、コア層を有しない、所謂、コアレス基板を用いることもできる。この場合、変形例の配線基板には、スルーホール配線2TWは形成されない。また、この変形例の配線基板において、積層された複数の配線層同士は、各配線層の間に設けられた複数のビア配線2vを介して電気的に接続される。
配線基板20の上面20tには、半導体チップ10と電気的に接続される複数の端子(端子部、パッド、半導体チップ接続用端子)2PDが形成されている。複数の端子2PDのそれぞれは、半導体チップ10と配線基板20とを電気的に接続するための内部インタフェース端子である。また、配線基板20の下面20bには、半導体装置PKG1の外部入出力端子である複数のランド(端子、外部端子、電極、外部電極)2LDが形成されている。ランド2LDは、配線基板20と外部装置(例えば後述する図20に示す実装基板50)とを電気的に接続するための外部インタフェース端子である。
複数の端子2PDと複数のランド2LDは、配線基板20に形成された複数の配線2w、および層間導電路である複数のビア配線2vおよび配線層WL3と配線層WL4とを電気的に接続するスルーホール配線2TWを介して電気的に接続される。図4に示す例では、配線基板20の配線層WL3と配線層WL4との間にコア層である絶縁層2CRがある。コア層は、他の絶縁膜2eと比較して硬さが硬く、厚さが厚い。このため、絶縁層2CRには、絶縁層2CRの上面2Caおよび下面2Cbのうち、一方から他方まで貫通するように形成された複数のスルーホールが設けられている。この複数のスルーホールのそれぞれには、導体(例えば銅などの金属)が埋め込まれ、層間導電路として機能するスルーホール配線2TWを構成する。配線基板20が有する各配線層の詳細な構成は、後述する。
また、図4に示す例では、複数のランド2LDのそれぞれには、外部端子(半田ボール、半田材、端子、外部端子、電極、外部電極)30が接続されている。外部端子30は、半導体装置PKG1を後述する図20に示す実装基板に実装する際に、実装基板側の複数の端子(図示は省略)と複数のランド2LDを電気的に接続する、導電性部材である。外部端子30は、上記した突起電極SBと同様に、例えば、鉛フリー半田からなる。
また、図3に示すように複数の外部端子30は、行列状(アレイ状、マトリクス状)に配置されている。また、図3では図示を省略するが、複数の外部端子30が接合される複数のランド2LD(図4参照)も行列状(マトリクス状)に配置されている。このように、配線基板20の被実装面側に、複数の外部端子(外部端子30、ランド2LD)を行列状に配置する半導体装置を、エリアアレイ型の半導体装置と呼ぶ。エリアアレイ型の半導体装置は、配線基板20の被実装面(下面20b)側を、外部端子の配置スペースとして有効活用することができるので、外部端子数が増大しても半導体装置の実装面積の増大を抑制することが出来る点で好ましい。つまり、高機能化、高集積化に伴って、外部端子数が増大する半導体装置を省スペースで実装することができる。
なお、図1、図3および図4に示す例では、外部端子30として、ボール形状の半田材である半田ボールを用いた、所謂、BGA(Ball Grid Array)型の半導体パッケージを例示的にしめしているが、外部端子の配列および構造には、種々の変形例がある。例えば、図4に示す下面20bにおいて、複数のランド2LDを露出させた構造、あるいは、下面20bにおいて露出する複数のランド2LDに、薄い半田材を接合した構造などの変形例がある。これらの変形例の半導体パッケージは、LGA(Land Grid Array)型と呼ばれる。
また、図4に示すように半導体チップ10と配線基板20の間には、アンダフィル樹脂(絶縁性樹脂)40が配置される。アンダフィル樹脂40は、半導体チップ10の表面10tと配線基板20の上面20tの間の隙間を塞ぐように配置される。また、アンダフィル樹脂40は、絶縁性(非導電性)の材料(例えば樹脂材料)から成り、半導体チップ10と配線基板20の電気的接続部分(複数の突起電極SBの接合部)を封止するように配置される。このように、複数の突起電極SBの接続部を封止するようにアンダフィル樹脂40を配置することで、半導体チップ10と配線基板20の電気的接続部分に生じる応力を緩和させることができる。
<回路構成例>
次に、図4に示す半導体チップが備える回路構成例について説明する。図5は、図4に示す半導体チップが有する回路構成例を模式的に示す説明図である。また、図6は、図1に示す半導体チップの表面(電極配置面)の平面図である。図6は平面図であるが、複数の電極1PDv、複数の電極1PDg、および複数の電極1PDsのそれぞれを識別するため、ドットパターンやハッチングを付している。図6において、円形で示される複数の電極1PDのうち、電極1PDsは、白抜きで示され、電極1PDvは、ドットパターンで示され、電極1PDgはハッチングで示される。
図5に示すように半導体チップ10は、半導体チップ10の外部との間で電気信号SIGの入力あるいは出力を行う入出力回路11と、入出力回路11に接続され、信号データに対して処理(例えば演算処理など)を行うコア回路12と、を有する。また、半導体チップ10の複数の電極1PDは、複数の電極1PDs、複数の電極1PDv、および複数の電極1PDgが含まれる。複数の電極1PDsのそれぞれは、入出力回路11に接続され、電気信号を伝送する信号端子である。複数の電極1PDvのそれぞれは、コア回路12に接続され、コア回路12を駆動する電源電位VDを供給する電源端子である。複数の電極1PDv同士は互いに接続されている。また、複数の電極1PDgのそれぞれは、コア回路12に接続され、コア回路12に基準電位VGを供給する基準電位端子である。複数の電極1PDg同士は互いに接続されている。
なお、図5に示す例では、複数の電極1PDvおよび複数の電極1PDgのそれぞれは、入出力回路11にも電気的に接続されている。入出力回路11には、電極1PDvより電源電位VDが、電極1PDgより基準電位VGが供給される。この電源電位VDと基準電位VGとの電位差により、入出力回路11を駆動することができる。また、図5に示す例のように、複数の電極1PDvが互いに電気的に接続されている場合、例えばコア回路12において、瞬間的に電力需要が大きくなった場合に、電源電位が複数の経路から供給される。このため、複数の電極1PDvのそれぞれに安定的に電源電位を供給できれば、瞬間的な電力需要増大に伴う電圧降下などの現象の発生を抑制できる。
また、図5に示す例の変形例として、入出力回路11の駆動電圧とコア回路12との駆動電圧が異なる場合、入出力回路11に電源電位VDとは異なる電源電位が供給されても良い。また、複数のコア回路12があり、かつ複数のコア回路12が互いに異なる駆動電圧で動作する場合、複数のコア回路12に互いに異なる電源電位が供給されても良い。この場合、複数の電極1PDvが複数個ずつのグループ(電極群)に分かれていても良い。この場合、上記グループのそれぞれが電気的に分離されていれば、グループ毎に異なる電源電位を供給することができる。ただし、上記したように瞬間的な電力需要の増加に伴う電圧降下を抑制するためには、各電源電位を供給する経路がそれぞれ複数個ずつあることが好ましい。
また、図6に示すように、半導体チップ10の表面10tにおいて、複数の電極1PDs、複数の電極1PDv、および複数の電極1PDgのそれぞれは、規則的に配列されている。複数の電極1PDvおよび複数の電極1PDgは、表面10tの中央部に最も多く配列されている。一方、複数の電極1PDsは、表面10tの外周側、言い換えれば、表面10tの外縁と上記中央部との間にある周辺部に最も多く配列されている。
図6に示す例では、複数の電極1PDsのそれぞれは、複数の電極1PDの配列のうち、最外周、および最外周の一つ内側の周に配列されている。電気信号SIG(図5参照)を伝送する配線経路は、後述する図9において、配線2wsとして示すように、配線基板20の外周側に引き出される。このため、半導体チップ10の表面10tにおいて、電気信号SIGを伝送する複数の電極1PDsのそれぞれを外周側に配列することにより、信号伝送経路の経路距離を短縮できる。
また、複数の電極1PDvおよび複数の電極1PDgのそれぞれは、表面10tにおいて、複数の電極1PDsの内側に配列されている。言い換えれば、複数の電極1PDは、複数の電極1PDvおよび複数の電極1PDgと、表面10tの外縁との間に配列される。上記したコア回路12(図5参照)は、平面視において表面10tの中央部(複数の電極1PDvおよび複数の電極1PDgが配列される部分)と重なる(オーバーラップする)ように形成される。上記した入出力回路11(図5参照)は、平面視において表面10tの中央部と外縁との間に形成される。複数の電極1PDvおよび複数の電極1PDgがコア回路12と重なっているように形成されることにより、コア回路12に対する電源供給経路を短くできる。この結果、コア回路12に電力を供給する際のロスやノイズを低減できる。
また、図6に示す例では、表面10tの複数の電極1PDの配列のうち、最外周、および最外周の一つ内側の周には、電極1PDvおよび電極1PDgは配置されていない。また、表面10tの複数の電極1PDの配列のうち、最外周の二つ以上内側の周には電極1PDsが配置されていない。ただし、図6では、半導体チップ10の表面10tにおいて、信号伝送用の電極1PDsを外周側に配列し、駆動電圧供給用の電極1PDv、電極1PDgを中央部に配列する理想的な構成を示している。したがって、電極1PDの配列には種々の変形例がある。
例えば、複数の電極1PDsのうちの一部が表面10tの複数の電極1PDの配列のうち、最外周の二つ以上内側の周に配列される場合もある。あるいは、最外周、および最外周の一つ内側の周に電極1PDvや電極1PDgが配列される場合もある。例えば、信号伝送において、信号伝送経路とリファレンス経路とを並走させる場合がある。このリファレンス経路として、基準電位の伝送経路を利用する場合、電極1PDsの近傍に基準電位用の電極1PDgが配列されることが好ましい。この場合、複数の電極1PDgのうちの一部が、複数の電極1PDの配列のうち、最外周や最外周の一つ内側の周に配列されていることが好ましい。
また、図6に示すように、表面10tの中央部において、複数の電極1PDvと複数の電極1PDgとは、以下のように配置される。すなわち、複数の電極1PDvおよび複数の電極1PDgのそれぞれは、X方向に沿って列を成すように配置される。また、X方向と交差(図6では直交)するY方向において、X方向に並ぶ複数の電極1PDvから成る第1の電極列と、X方向に並ぶ複数の電極1PDgから成る第2の電極列とは、交互に配置される。複数の電極1PDvおよび複数の電極1PDgのそれぞれは、X方向において、同じ配置ピッチ(中心間距離)で配置される。同様に、複数の電極1PDvおよび複数の電極1PDgのそれぞれは、Y方向において、同じ配置ピッチ(中心間距離)で配置される。また、X方向に並ぶ複数の電極1PDvから成る第1の電極列は、X方向に並ぶ複数の電極1PDgから成る第2の電極列に対して、上記した配置ピッチに対して1/2シフトした位置に配置される。このように、複数の電極1PDのそれぞれは千鳥状に配列される。
上記した「千鳥状に配列」とは、以下のように表現することができる。すなわち、Y方向における第1列目にある複数の電極1PDのそれぞれは、Y方向における第2列目にある複数の電極1PDのうち隣り合う電極1PDの間に配置され、第2列目にある複数の電極1PDのそれぞれは、第1列目にある複数の電極1PDのうち隣り合う電極1PDの間に配置される。また、Y方向における第3列目にある複数の電極1PDのそれぞれは、Y方向における第2列目にある複数の電極1PDのうち隣り合う電極1PDの間に配置され、第2列目にある複数の電極1PDのそれぞれは、第3列目にある複数の電極1PDのうち隣り合う電極1PDの間に配置される。また、X方向における第1列目にある複数の電極1PDのそれぞれは、X方向における第2列目にある複数の電極1PDのうち隣り合う電極1PDの間に配置され、第2列目にある複数の電極1PDのそれぞれは、第1列目にある複数の電極1PDのうち隣り合う電極1PDの間に配置される。また、X方向における第3列目にある複数の電極1PDのそれぞれは、X方向における第2列目にある複数の電極1PDのうち隣り合う電極1PDの間に配置され、第2列目にある複数の電極1PDのそれぞれは、第3列目にある複数の電極1PDのうち隣り合う電極1PDの間に配置される。
また、X方向に並ぶ複数の電極1PDvから成る第1列と、X方向に並ぶ複数の電極1PDgから成る第2列とに着目すると、X方向における複数の電極1PDvの配置ピッチ(中心間距離)と、X方向における複数の電極1PDgの配置ピッチ(中心間距離)と、は互いに等しい。
コア回路12を安定的に動作させるためには、コア回路12の動作時に、コア回路12用の駆動電圧を安定的に供給する必要がある。半導体装置の性能向上に伴い、コア回路12の動作速度(周波数)は高速化する。また、図5では、例示的に1個のコア回路12を示しているが、半導体チップ10の性能向上のため、一つの半導体チップ10は複数の(多数の)コア回路12を有し、そのコア回路12のそれぞれが、高速で動作する。この場合、複数のコア回路12の動作に応じて急激に変動する電力需要に対応して必要かつ十分な電力をタイミングよく供給する必要がある。また、消費電力低減の要請により、駆動電圧は低下傾向である。このため、供給される電圧のばらつきに対する許容マージンは小さくなり、低速動作時には問題にならなかったような小さなノイズが、コア回路12の動作に影響を与える場合がある。
図5に示すコア回路12の駆動電圧は、電源電位VDと基準電位VGとの電位差により規定される。このため、各コア回路12の近傍に複数の電極1PDvおよび複数の電極1PDgが配置されていることが好ましい。また、電源電位の供給経路と基準電位の供給経路とが隣り合っている場合、隣り合う供給経路の相互インダクタンスにより、各経路のノイズを低減することができる。したがって、複数の電極1PDvの群および複数の電極1PDgの群が、それぞれ局所的に集まって配置されているより、複数の電極1PDvおよび複数の電極1PDgがバランスよく分散して(例えば交互に)配列されていることが好ましい。
例えば図6に示す例では、半導体チップ10が備える複数の電極1PDは以下のように配列されている。すなわち、半導体チップ10は、平面視において、X方向に複数の電極1PDvが配列される電源電位用電極群と、X方向に複数の電極1PDgが配列される基準電位用電極群と、を有する。この電源電位用電極群と基準電位用電極群とはそれぞれ複数列ずつ有り、平面視において、Y方向に沿って交互に配列されている。この配列方法の場合、電極1PDvは、1個以上の電極1PDgと隣り合うように配列される。また、電極1PDgは、1個以上の電極1PDvと隣り合うように配列される。言い換えれば、半導体チップ10は、互いに隣り合う電極1PDvと電極1PDgとの対を複数対有する。また、上記複数対において、隣り合う電極1PDvと電極1PDgとの離間距離は等距離である。図6に示すような電極1PDの配列は、複数の電極1PDvおよび複数の電極1PDgがバランスよく分散していると言える。
<配線レイアウトの詳細>
次に、図4に示す配線基板20が有する各配線層における配線レイアウトについて図面を用いて詳細に説明する。図7は、図2に示す配線基板の上面において、半導体チップおよびアンダフィル樹脂を取り除いた状態を示す平面図である。図8は、図7に示す配線基板において、最上層の絶縁膜を取り除いた第1層目の配線層のレイアウトの例を示す平面図である。図7および図8では、図7に示すチップ搭載領域と重なっている領域を拡大して示している。図9は、図7に示す配線基板において、第2層目の配線層のレイアウトの例を示す平面図である。図10は、図9に示す配線層の中央部分を拡大した拡大平面図である。図11は、図7に示す配線基板において、第3層目の配線層のレイアウトの例を示す平面図である。図12は、図4に示す配線基板において、第4層目の配線層のレイアウトの例を示す平面図である。図13は、図4に示す配線基板において、第5層目の配線層のレイアウトの例を示す平面図である。図14は、図4に示す配線基板において、第6層目の配線層のレイアウトの例を示す平面図である。図7~図14のそれぞれは平面図であるが、信号伝送経路と、電源電位の供給経路と、基準電位の供給経路と、をそれぞれ識別するため、図6と同様の模様を付している。すなわち、図7~図10において、信号伝送経路は白抜きで示され、電源電位の供給経路は、ドットパターンで示され、基準電位の供給経路はハッチングで示される。なお、既に説明した図3では、領域2R1およびその周辺にのみ、図6から図14と同様のルールに則ってドットパターンまたはハッチングを付している。
半導体装置PKG1の場合、半導体チップ10と配線基板20はフリップチップ接続方式により、電気的に接続されている。すなわち、図4に示すように、半導体チップ10の表面10tは、配線基板20の上面20tと対向する。また、半導体チップ10の複数の電極1PDは、配線基板20の複数の端子2PDのそれぞれと対向配置され、かつ、突起電極SBを介してそれぞれ接続されている。このようにフリップチップ接続方式を適用することにより、半導体チップ10と配線基板20とを電気的に接続する導電経路が短くなる。これにより、導電経路のインピーダンスを低減することができる。
また、図7と図8を比較して判るように、配線基板20の最上層の配線層WL1は、大部分が絶縁膜2e1に覆われている。絶縁膜2e1は、配線基板20の上面20t側を保護する有機絶縁膜(ソルダレジスト膜)である。絶縁膜2e1には、複数の開口部が設けられ、複数の開口部のそれぞれにおいて、絶縁膜2e1の下層にある導体パターンの一部分が露出している。この複数の開口部において絶縁膜2e1から露出する部分が、配線基板20の端子2PDである。
図7に示す複数の端子2PDは、図6に示す半導体チップ10の複数の電極1PDのそれぞれと対向する位置に配置されている。配線基板20の上面20tにおいて、複数の開口部は、半導体チップ10(図1参照)と重なっている領域であるチップ搭載領域10rに形成されている。配線基板20の上面20tにおいて、複数の端子2PDは、チップ搭載領域10rに配置されている。配線基板20の複数の端子2PDは、複数の端子2PDs、複数の端子2PDv、および複数の端子2PDgが含まれる。
配線基板20の上面20tにおいて、複数の端子2PDs、複数の端子2PDv、および複数の端子2PDgのそれぞれは、規則的に配列されている。複数の端子2PDvおよび複数の端子2PDgは、上面20tのチップ搭載領域10rの中央部に最も多く配列されている。一方、複数の端子2PDsは、上面20tのチップ搭載領域10rの外周側に最も多く配列されている。
詳しくは、複数の端子2PDsのそれぞれは、複数の端子2PDの配列のうち、最外周、および最外周の一つ内側の周に配列されている。配線基板20の上面20tにおいて、電気信号SIG(図5参照)を伝送する複数の端子2PDsのそれぞれを外周側に配列することにより、信号伝送経路の経路距離を短縮できる。
複数の端子2PDsのそれぞれは、図9に示す配線層WL2に設けられた複数の配線2wsを介して配線基板20の外周側に配置された複数のビア配線(ビア)2vsと電気的に接続される。配線層WL2において、配線2wsおよびビア配線2vsの周囲には、導体プレーン2PLが配置されている。また、配線2wsおよびビア配線2vsは、図8に示す配線層WL1に形成された導体プレーン2PLと重なる。また、複数のビア配線2vsは、図4に示す信号伝送用のスルーホール配線2TWsと電気的に接続されている。複数のスルーホール配線2TWsのそれぞれは、半導体チップ10と重ならない位置(配線基板20の周辺領域)に配置されている。
図7に示すように、複数の端子2PDvおよび複数の端子2PDgのそれぞれは、上面20tにおいて、複数の端子2PDsの内側に配列されている。言い換えれば、複数の端子2PDsは、複数の端子2PDvおよび複数の端子2PDgと、上面20tの外縁との間に配列される。図1に示す半導体チップ10が配線基板20に搭載された状態において、コア回路12(図5参照)は、複数の端子2PDvおよび複数の端子2PDgが配列される部分と重なっている。図4に示すように、半導体チップ10の電極1PDと配線基板20の端子2PDとは突起電極SBを介して接続される。このため、複数の端子2PDvおよび複数の端子2PDgがコア回路12と重なっていることにより、コア回路12に対する電源供給経路を短くできる。この結果、コア回路12に電力を供給する際のロスやノイズを低減できる。
また、図7に示す複数の端子2PDvのそれぞれは、図8に示す第1層目の配線層WL1に配置される端子2PDvの一部分である。同様に、図7に示す複数の端子2PDgのそれぞれは、図8に示す第1層目の配線層WL1に配置される導体パターン2Pg1の一部分である。複数の端子2PDvおよび導体パターン2Pg1のそれぞれは、図1に示す半導体チップ10と重なっている位置に配置されている。また、配線層WL1では、半導体チップ10(図1参照)と重なっている領域の周囲に、導体プレーン2PLが配置される。導体プレーン2PLは、配線2wと比較して、面積が大きい大面積の導体パターンである。導体プレーン2PLには、例えば接地電位が供給される。図4に示すように半導体装置PKG1の配線基板20の場合、信号伝送用の配線2wsは配線層WL2に配置され、配線層WL1に設けられた導体プレーン2PLと重なっている。このように、信号伝送用の配線2wsが、固定電位が供給される大面積の導体パターンと重なる場合、電磁的なノイズをシールドすることができる。配線(信号配線)2wsは、半導体チップ10と重なっている領域の外側に引き出されるので、配線層WL1において、半導体チップ10と重なっていない領域に導体プレーン2PLを配置することにより、配線2wsの大部分は導体プレーン2PLと重なる。
図8に示すように、配線層WL1において、半導体チップ10(図4参照)と重なっている領域には、複数の端子2PDs、導体パターン2Pg1および複数の端子2PDvが配置されている。複数の端子2PDsは、複数の導体パターン2Pg1および複数の端子2PDvが配置された領域の周囲に配置され、信号伝送用のビア配線(ビア)2vs(図4参照)を介して配線層WL2と電気的に接続されている。複数の端子2PDvのそれぞれには、図5に示す電源電位VDが供給される。また、複数の導体パターン2Pg1のそれぞれには、図5に示す基準電位VGが供給される。
なお、図8に示す例では、導体パターン2Pg1は、導体プレーン2PLと離間している。ただし、導体プレーン2PLと導体パターン2Pg1に同じ電位が供給される場合には、図8に対する変形例として、導体パターン2Pg1と導体プレーン2PLとが、図示しない導電性部材(例えば配線パターン)を介して連結されていても良い。この場合、導体パターン2Pg1と導体プレーン2PLとを連結する導電性部材は、複数の端子2PDsの間に配置される。互いに隣り合う端子2PDsの離間距離が狭く、端子2PDsの間に上記導電性部材を配置するスペースが確保できない場合には、図8に示すように、導体パターン2Pg1と導体プレーン2PLとが分離されていても良い。
図10に示すように、配線層WL2は、電源電位VDが供給される導体パターン2Pv1を有する。導体パターン2Pv1は、図8に示す導体パターン2Pg1と同程度の面積を備え、かつ、複数の端子2PDvと重なっている。導体パターン2Pv1は、ビア配線2vv(図4参照)を介して複数の端子2PDvのそれぞれと電気的に接続されている。大面積の導体パターン2Pv1が図8に示す複数の端子2PDvに接続されている場合、コア回路12(図5参照)に対する電力供給を安定化させることができる。
例えば複数の端子2PDvの一部において、瞬間的に電力需要が大きくなった場合に、導体パターン2Pv1を介して大電流を流すことが可能である。同様に、図8に示す導体パターン2Pg1は、大面積の導体パターンであり、例えば導体パターン2Pg1の一部分において、瞬間的に電力需要が大きくなったとしても、瞬間的な基準電位の変動を抑制することができる。
また、配線層WL2は、基準電位VG(図5参照)が供給される複数のビアランド(導体パターン)2VLgを備える。複数のビアランド2VLgのそれぞれは、図8に示す導体パターン2Pv1と重なる位置に配置される。導体パターン2Pv1には複数の開口部が形成され、複数のビアランド2VLgのそれぞれは、導体パターン2Pv1に設けられた開口部内に配置され、かつ、導体パターン2Pv1とは離間している。複数のビアランド2VLgのそれぞれは、ビア配線2vg(図4参照)を介して図8に示す導体パターン2Pg1と電気的に接続される。
配線層WL2には、複数の配線2wsが形成される。配線2wsの一方の端部は、図7に示すチップ搭載領域10rと重なる領域に配置され、チップ搭載領域10rと重なる領域において、ビア配線2vsに接続される。チップ搭載領域10rと重なる領域に配置される複数のビア配線2vsは、図7および図8に示す複数の端子2PDsに接続される。配線2wsの他方の端部は、チップ搭載領域10rと重ならない領域に配置されるビア配線2vsに接続される。チップ搭載領域10rと重ならない領域に配置されるビア配線2vsは、図11に示す配線層WL3のスルーホール配線2TWsに接続される。複数の配線2wsは、チップ搭載領域10rと重なる領域から、配線層WL2の外周側に向かって延びる。半導体装置PKG1と外部機器との電気信号SIG(図5参照)の入出力端子は、図14に示す複数のランド2LDsである。複数のランド2LDsは、領域2R2に配置され、領域2R1には配置されない。信号伝送経路は、図4に示す配線層WL4、WL5、およびWL6では、半導体チップ10と重なる領域には配置されない。
配線層WL2において、複数の信号伝送経路のそれぞれは、図7に示すチップ搭載領域10rと重なる領域の外側に引き出される。このため、図4に示す配線層WL3、WL4、WL5、およびWL6のそれぞれでは、半導体チップ10と重なる領域には、信号伝送経路は配置されず、電源電位VD(図5参照)が供給される導体パターン、または基準電位VG(図5参照)が供給される導体パターンが配置される。
配線層WL2において、複数の配線2wsは、導体プレーン2PLの間に配置される。また、複数の配線2wsは、配線基板20の厚さ方向において、配線層WL1の導体プレーン2PLおよび配線層WL3の導体プレーン2PLの間に挟まれている。各配線層に配置される導体プレーン2PLは、互いに電気的に接続され、基準電位VG(図5参照)が供給される。すなわち、配線層WL2に配置される信号伝送経路である複数の配線2wsのそれぞれはストリップライン構造になっている。信号伝送経路の配線構造をストリップライン構造にすることで、信号伝送経路のノイズ影響を低減することができる。なお、本実施の形態に対する変形例として、配線層WL1および配線層WL3のうち、いずれか一方に導体プレーン2PLが配置され、他方には配置されない、マイクロストリップライン構造の場合もある。
配線基板20は、図11に示す配線層WL3を有する。図4に示すように、配線層WL3は、配線層WL2と下面20bとの間にあり、かつ、上面2tに交差する方向の断面視において、配線層WL2の隣にある。
配線層WL3は、複数のスルーホール配線2TWを有する。複数のスルーホール配線2TWは、電源電位VD(図5参照)が供給される複数のスルーホール配線2TWv、基準電位VG(図5参照)が供給される複数のスルーホール配線2TWg、および信号伝送経路に接続される複数のスルーホール配線2TWsを含む。スルーホール配線2TWgは、導体プレーン2PLと一体に形成され、ビア配線2vgを介して図10に示す複数のビアランド2VLgのそれぞれと電気的に接続される。導体プレーン2PLには、複数の開口部が形成される。導体プレーン2PLの複数の開口部内に、複数のスルーホール配線2TWvおよび複数のスルーホール配線2TWsが、それぞれ導体プレーン2PLと離間するように配置される。複数のスルーホール配線2TWvのそれぞれは、ビア配線2vvを介して図10に示す導体パターン2Pv1と電気的に接続される。
配線基板20は、図12に示す配線層WL4を有する。図4に示すように、配線層WL4は、配線層WL3と下面20bとの間にあり、かつ、上面2tに交差する方向の断面視において、配線層WL3の隣にある。配線層WL4は、コア絶縁層である絶縁層2CRを介して配線層WL3の反対側にはる配線層である。図12に示すように、配線層WL4は、半導体チップ10(図4参照)と重なる位置に配置される導体パターン2Pv2を有する。導体パターン2Pv2は、図7に示すチップ搭載領域10rと同程度の面積を有し、周囲に配置される導体プレーン2PLと離間するように配置されている。
配線層WL4は、複数のスルーホール配線2TWを有する。複数のスルーホール配線2TWは、電源電位VD(図5参照)が供給される複数のスルーホール配線2TWv、基準電位VG(図5参照)が供給される複数のスルーホール配線2TWg、および信号伝送経路に接続される複数のスルーホール配線2TWsを含む。スルーホール配線2TWvは、導体パターン2Pv2と一体に形成され、図11に示す配線層WL3側の複数のスルーホール配線2TWvのそれぞれと電気的に接続される。導体パターン2Pv2には、複数の開口部が形成される。導体パターン2Pv2の複数の開口部内に、複数のスルーホール配線2TWgが、導体パターン2Pv2と離間するように配置される。複数のスルーホール配線2TWgのそれぞれは、図11に示す導体プレーン2PLと電気的に接続される。
配線基板20は、図13に示す配線層WL5を有する。図4に示すように、配線層WL5は、配線層WL4と下面20bとの間にあり、かつ、上面2tに交差する方向の断面視において、配線層WL4の隣にある。図13に示すように、配線層WL5は、基準電位VG(図5参照)が供給される導体プレーン2PLを有する。導体プレーン2PLは、半導体チップ10(図4参照)と重なる領域から半導体チップ10と重ならない領域まで広がっている。導体プレーン2PLは、図12に示すビア配線2vgを介して図12に示す複数のスルーホール配線2TWgのそれぞれと電気的に接続されている。図13に示すように、導体プレーン2PLには複数の開口部が形成されている。複数の開口部内には、ビアランド2VLvが配置されている。複数のビアランド2VLvのそれぞれは、導体プレーン2PLと離間している。複数のビアランド2VLvと図12に示す導体パターン2Pv2とは、図12に示すビア配線2vvを介して電気的に接続されている。
配線基板20は、図14に示す配線層WL6を有する。図4に示すように、配線層WL6は、複数のランド2LDが形成される、最下層の配線層である。配線層WL6は、半導体チップ10(図4参照)と重なる位置に配置される導体パターン2Pv3を有する。導体パターン2Pv3は、図7に示すチップ搭載領域10rと同程度の面積を有し、周囲に配置される導体プレーン2PLと離間するように配置されている。導体パターン2Pv3の平面形状は、単純な四角形ではなく、半導体装置PKG1の被実装面における電源供給用のランド2LDvと、基準電位供給用のランド2LDgとのレイアウトに対応して、多角形状になっている。導体パターン2Pv3には、複数の開口部が形成される。導体パターン2Pv3の複数の開口部内に、複数のランド2LDgが、導体パターン2Pv3と離間するように配置される。複数のランド2LDgのそれぞれは、図13に示すビア配線2vgを介して導体プレーン2PLと電気的に接続される。
図14に示すように、配線層WL6において、半導体チップ10(図4参照)と重なる領域2R1には、導体パターン2Pv3と導体プレーン2PLとが配置される。領域2R1における導体パターン2Pv3の面積は導体プレーン2PLの面積より大きい。図5に示すコア回路12を駆動する駆動電圧は、電源電位VDと基準電位VGとの電位差である。ただし、基準電位VGは、コア回路12の駆動電圧以外に、多くの用途で利用される。例えば、半導体チップ10の入出力回路11の駆動電圧、あるいは、電気信号SIGの参照電位として利用される。このため、基準電位VGが供給される導体プレーン2PLは、図14に示すように、配線層WL6に配置される複数の導体パターンのうち、最も面積が大きい。したがって、基準電位VGの伝送経路は、容易に安定させることが可能である。このため、半導体チップ10と重なる領域2R1では、電源電位VDの供給経路である導体パターン2Pv3を優先的に配置することが好ましい。図14に示す例では、領域2R1の中央部にあり、ランド2LDが配置されない領域2R4は、導体パターン2Pv3に覆われ、導体プレーン2PLは配置されない。
また、図3と図14を比較して判るように、配線基板20の最下層の配線層WL6は、大部分が絶縁膜2e2に覆われている。絶縁膜2e2は、配線基板20の下面20b(図3参照)側を保護する有機絶縁膜(ソルダレジスト膜)である。絶縁膜2e2には、複数の開口部が設けられ、複数の開口部のそれぞれにおいて、絶縁膜2e2の下層にある導体パターン(導体パターン2Pv3や導体プレーン2PLなど)の一部分が露出している。この複数の開口部において絶縁膜2e2から露出する部分が、配線基板20のランド2LDである。図3および図4を用いて説明したように、複数のランド2LDのそれぞれには、半導体装置PKG1の外部端子30としての半田ボールがそれぞれ接続されている。
<端子レイアウトの詳細>
次に、半導体装置PKG1の端子レイアウトの詳細について説明する。図15は、図4に示す配線基板の反り変形のモデルを示す断面図である。図16は、図3に示す配線基板の中央部周辺の拡大平面図である。半導体装置PKG1のように、配線基板20上に半導体チップ10が搭載された半導体パッケージの場合、配線基板20の線膨張係数と半導体チップ10の線膨張係数の違いに起因して、配線基板20に反り変形が生じやすい。半導体装置PKG1の製造工程には、例えば、半導体チップ10を配線基板20上に搭載するダイボンディング工程、アンダフィル樹脂40(図4参照)を熱硬化させるキュア工程、および外部端子30をランド2LD(図4参照)に接合するボールマウント工程など、種々の加熱プロセスが存在する。また、半導体装置PKG1が完成した後、後述する図20に示す実装基板50に搭載する際にも、外部端子30を実装基板50の端子(図20に示す上面端子51)と接合するために、加熱処理が実施される。このため、図15に例示するように、配線基板20に反り変形が生じることを前提として、反り変形が生じた場合の対策を施すことが重要である。
図3および図15に示すように、配線基板20の下面20bは、上面20t(図15参照)に搭載された半導体チップ10(図15参照)と重なる領域2R1と、領域2R1を囲み、かつ、半導体チップ10と重ならない領域2R2と、を含む。領域2R1は、複数の外部端子(端子)30が配置されない領域2R3と、領域2R3を囲み、かつ、複数の外部端子30が配置される領域2R4と、を含む。
本実施の形態のように、半導体チップ10がフリップチップ接続方式で配線基板20と接続されている場合、半導体チップ10と配線基板20との電気的接続部分が強固に固定される。このため、配線基板20のうち、半導体チップ10と重なる領域では熱膨張または熱収縮が小さく、半導体チップ10と重ならず、離れた領域では、熱膨張または熱収縮の程度が大きい。このため、例えば図15に示す半導体チップ10の裏面10bを基準面とすると、配線基板20の下面20bのうち、領域2R3は、裏面10bとの高低差が最も小さく、領域2R4は、裏面10bとの高低差が領域2R3の次に小さい。また、領域2R2は、下面2bの外縁に近づく程、裏面10bとの高低差が大きく、下面2bの外縁において裏面10bとの高低差は最大となる。
複数の外部端子30が、下面20bにおいて、単にマトリクス状に配置されている場合、外部端子30のそれぞれの先端の高さは、配線基板20の下面20bの反り変形に起因してバラつきが大きくなる。外部端子30の高さのバラツキの程度は、取り付け面(実装基板の実装面)に対する外部端子30の頂点の平坦度の均一性(コプラナリティと呼ぶ)に影響する。コプラナリティが良い、言い換えれば、外部端子30の頂点の高さが揃っている場合には、複数の外部端子30のそれぞれを実装基板と電気的に接続することができる。一方、コプラナリティが悪い、言い換えれば、外部端子30の頂点の高さのバラつきが大きい場合は、複数の外部端子30のうちの一部が実装基板の端子と接続しない可能性がある。あるいは、複数の外部端子30のうちの一部は、実装基板の端子と接続させる際に過剰に押し潰される可能性がある。
そこで、複数の外部端子30のコプラナリティを考慮すると、配線基板20の下面20bの全体に外部端子30を接続するのではなく、外部端子30が接続されない領域が存在することが好ましい。図3に示す外部端子30の配列のうち、最外周には、図5に示す電気信号SIGが伝送される信号端子が配列される。このため、最外周に配置される外部端子30の数を減らすと、信号端子の数が減ってしまう。そこで、配線基板20の下面20bにおいて、外縁との高低差が特に大きい部分において、外部端子30が配置されない領域を設ける方法が考えられる。
ここで、上記したように、半導体チップ10(図15参照)と重なる領域2R1は、熱膨張または熱収縮が小さく、外縁との高低差が大きいので、領域2R1に外部端子30を配置しない構造が考えられる。ところが、半導体チップ10と重なる領域は、上記したように、図5に示すコア回路12に電源電位VDを供給する導体パターン2Pv1(図10参照)、2Pv2(図12参照)、および2Pv3(図14参照)が配置される。したがって、領域2R1に外部端子30を配置しない構成では、電源電位VDの供給経路が極端に少なくなり、コア回路12への安定的な電源供給が困難になることが判った。
そこで、図16に示すように、半導体装置PKG1では、領域2R1を領域2R3と領域2R4に区画して、領域2R4には、外部端子30を配置している。複数の外部端子30は、領域2R1の領域2R4に配置される複数の端子30r1と、領域2R2に配置される複数の端子30r2と、を含む。複数の端子30r1は、半導体チップ10(図5参照)のコア回路12(図5参照)に電源電位VD(図5参照)を供給する複数の電源端子30v、および半導体チップ10のコア回路12に基準電位VG(図5参照)を供給する複数の基準端子30g、を含む。
図15に示す半導体チップ10の裏面10bを基準面とすると、裏面10bから下面20bの領域2R4までの高さは、裏面10bから下面20bの領域2R2までの高さより小さく、かつ、裏面10bから下面20bの領域2R3までの高さより大きい。したがって、領域2R3に外部端子30が配置されていなければ、外部端子30の頂点の高さを均一化することができる。また、半導体チップ10と重なる領域2R4に、複数の電源端子30vが配置されているので、コア回路12(図5参照)の駆動電圧を安定的に供給することができる。
また、領域2R4に配置される複数の電源端子30vの数は、領域2R4に配置される複数の基準端子30gの数より多い。図14を用いて説明したように、図5に示す基準電位VGは、コア回路12の駆動電圧以外に、多くの用途で利用される。このため、基準電位VGが供給される基準端子30gは、図3に示す領域2R2にも数多く配置される。複数の外部端子30のうち、基準端子30gの数が最も多い。したがって、基準電位VGの供給経路は、数多く確保可能である。このため、半導体チップ10と重なる領域2R1では、電源電位VDの供給経路である電源端子30vを優先的に配置することが好ましい。図16に示す例では、領域2R4において、電源端子30vの数は52個、基準端子30gの数は、44個である。ただし、電源端子30vと基準端子30gとの配置割合には種々の変形例がある。これらの変形例には、電源端子30vと基準端子30gとが同数の場合や、電源端子30vの数が基準端子30gの数より少ない場合も含まれる。電源電位VDの供給経路の数を増やす観点からは、図16に示すように、電源端子30vの数が基準端子30gの数より多いことが特に好ましい。
また、図16に示すように、複数の電源端子30vのそれぞれと隣り合って配置される複数の外部端子30には、一つ以上の基準端子30gが含まれる。図5に示す電源電位VDの供給経路と基準電位VGの供給経路とが隣り合って配置される場合、相互インダクタンスの影響により、電源供給経路中に含まれるノイズを低減することができる。図16に示す例では、電源端子30vの隣には必ず1個以上の基準端子30gが配置されている。このため、電源電位VDの供給経路のノイズを低減することができる。
また、図16に示すように、複数の電源端子30vのそれぞれと隣り合って配置される複数の外部端子30には、一つ以上の電源端子30vが含まれる。言い換えれば、複数の電源端子30vのそれぞれは、2個以上の電源端子30vが互いに隣り合うように配置されている。2個以上の電源端子30vが互いに隣り合うように配置される場合、電源電位VD(図5参照)の供給経路の断面積を大きくすることができる。この場合、電源端子30vと基準端子30gとが1個ずつ交互に配列される場合と比較して、電源電位VDの安定化を図ることができる。また、詳細は後述するが、電源端子30vと基準端子30gとをチップコンデンサを介して接続する場合がある。この場合、チップコンデンサの電極の配置スペースを考慮すると、2個以上の電源端子30vが互いに隣り合うように配置され、かつ、2個以上の基準端子30gが互いに隣り合うように配置されることが好ましい。
また、図16に示すように領域2R2は、領域2R4の周囲を囲む領域2R5を含む。領域2R5と領域2R4とは互いに隣り合っている。領域2R5には、複数の外部端子30に含まれる複数の端子30r5が、領域2R4の周囲を囲むように一列で配置される。複数の端子30r5は、複数の電源端子30vおよび複数の基準端子30gを含む。
上記したように、電源電位VDを安定的に供給するためには、領域2R1に配置される電源端子30vの数が多い程良い。一方、ノイズ低減の観点、あるいはチップコンデンサの接続容易性を考慮すると、領域2R1に基準端子30gを配置するスペースも必要である。図16に示すように、領域2R5に電源端子30vが配置される場合、図14に示す導体パターン2Pv3に接続可能な位置に配置される電源端子30vの数を増やすことができる。
<外部端子を配置しない領域の面積割合>
次に、上記した領域2R1における領域2R3と領域2R4との面積割合についての検討結果について説明する。今回の検討では、以下の2つの条件を満たす範囲内で、図16に示す領域2R1(または領域2R1および領域2R5)に配置可能な外部端子30の最大数に対して、何個の外部端子30を減らすことができるかを検討した。上記した条件の一つ目は、領域2R4に配置される複数の電源端子30vの数は、領域2R4に配置される複数の基準端子30gの数より多いという条件である。二つ目は、複数の電源端子30vのそれぞれと隣り合って配置される複数の外部端子30には、一つ以上の電源端子30vが含まれるという条件である。なお、以下では、今回検討した多数の配列パターンのうち、領域2R1の面積に対する領域2R3の面積の割合が最も大きくなる場合、言い換えれば、外部端子30を配置可能な最大数に対して外部端子30を減らせる割合が最も大きくなる場合についての配列パターンを例示的に示して説明する。図17から図19のそれぞれは、図16に示す配線基板の変形例を示す拡大平面図である。
図17に示す配線基板20Aの場合、外部端子30が領域2R1に最大で64個(8列×8行)配置可能である。これに対して、配線基板20Aの領域2R4に配置されている外部端子30の数は、28個である。したがって、領域2R3の面積は、領域2R1の面積に対して56.3%である。配線基板20Aの場合、領域2R4に一列で外部端子30が配置されており、領域2R4に配置される電源端子30vの数は20個である。配線基板20Aでは、領域2R5に24個の電源端子30vが配置されている。領域2R3の面積を大きくすることに伴って領域2R4に配置される電源端子30vの数が不足する場合には、領域2R5に電源端子30vを配置することで、その不足分を補うことができる。
図18に示す配線基板20Bの場合、外部端子30が領域2R1に最大で144個(12列×12行)配置可能である。これに対して、配線基板20Bの領域2R4に配置されている外部端子30の数は、80個である。したがって、領域2R3の面積は、領域2R1の面積に対して44.4%である。配線基板20Bの場合、領域2R4に二列で外部端子30が配置されており、領域2R4に配置される電源端子30vの数は50個である。この場合、図17に示す配線基板20Aと比較して、電源電位VD(図5参照)を安定的に供給できる。また、配線基板20Bでは、領域2R5に36個の電源端子30vが配置されている。
図17に示す配線基板20A、図18に示す配線基板20Bの他、本願発明者は、領域2R1における外部端子30の最大配置数が、36個の場合から169個の場合までそれぞれ検討した。この結果、領域2R3の面積が、領域2R1の面積に対して56%以下であれば、領域2R1内の外部端子30の最大配置量に対して、領域2R4および領域2R5に配置される電源端子30vの数が半分以上になることが判った。したがって、領域2R3の面積は、領域2R1の面積に対して56%以下であることが好ましい。
ただし、領域2R1における電源電位VDの供給経路を多くするためには、少なくとも領域2R4に複数列で外部端子30が配置されていることが好ましい。図18に示す配線基板20Bは、領域2R4に複数列で外部端子30が配置されているという条件を追加した場合に、領域2R3の面積比率が最も大きくなる場合の例である。したがって、領域2R1に配置される電源端子30vの数を多くするためには、領域2R3の面積は、領域2R1の面積に対して44%以下であることが特に好ましい。
図19に示す配線基板20Cの場合、外部端子30が領域2R1に最大で144個(12列×12行)配置可能である。この点は、図18に示す配線基板20Bと同様である。ただし、配線基板20Cの場合、領域2R5に配置される複数の端子30r5は、複数の基準端子30gを含み、かつ、複数の電源端子30vを含まない。言い換えれば、配線基板20Cの領域2R5には、電源端子30vが配置されない。配線基板20Cの領域2R4に配置されている外部端子30の数は、108個である。したがって、領域2R3の面積は、領域2R1の面積に対して25.0%である。配線基板20Cの場合、領域2R4に三列で外部端子30が配置されており、領域2R4に配置される電源端子30vの数は72個である。したがって、配線基板20Bの場合、領域2R5に電源端子30vが配置されていないが、領域2R1内の外部端子30の最大配置量に対して、領域2R4に配置される電源端子30vの数が半分以上になっている。
本願発明者は、図19に示す配線基板20Cの他、領域2R1における外部端子30の最大配置数が、36個の場合から169個の場合までそれぞれ検討した。この結果、領域2R3の面積が、領域2R1の面積に対して25%以下であれば、領域2R1内の外部端子30の最大配置量に対して、領域2R4に配置される電源端子30vの数が半分以上になることが判った。したがって、領域2R5に電源端子30vが配置されない場合には、領域2R3の面積は、領域2R1の面積に対して25%以下であることが好ましい。
<電子装置>
次に、図1~図19を用いて説明した半導体装置を実装基板に実装して得られる電子装置の構成例について説明する。図20は、図4に示す半導体装置を実装基板に搭載した電子装置の断面図である。図21は、図20に示す実装基板の上面の拡大平面図である。図21では、図16に示す配線基板20の領域2R1および領域2R5と対向する領域を示している。図22は、図20に示す実装基板の下面の拡大平面図である。図23は、図22のコンデンサが搭載された領域周辺の拡大平面図である。
図20に示す電子装置EDV1は、図1~図19を用いて説明した半導体装置(半導体パッケージ)PKG1と、半導体装置PKG1が搭載される実装基板(配線基板)50と、を有する。実装基板50は、半導体装置PKG1が搭載される上面50t、上面50tに形成され、配線基板20の複数の外部端子30のそれぞれと電気的に接続される複数の上面端子(端子)51、および上面50tの反対側の下面50bを有する。
実装基板50の上面50tに配置された複数の上面端子51のそれぞれは、半導体装置PKG1の複数の外部端子30と対向するように配置され、かつ、複数の外部端子30と電気的に接続される。
図21に示すように実装基板50の上面50tは、半導体チップ10(図15参照)と重なる領域5R1と、領域5R1を囲み、かつ、半導体チップ10と重ならない領域5R2と、を含む。領域5R1は、複数の外部端子(端子)30が配置されない領域5R3と、領域5R3を囲み、かつ、複数の外部端子30が配置される領域5R4と、を含む。領域2R4には、上面端子51を配置している。複数の上面端子51は、領域2R1の領域2R4に配置される複数の端子51r1と、領域2R2に配置される複数の端子51r2と、を含む。複数の端子51r1は、半導体チップ10(図5参照)のコア回路12(図5参照)に電源電位VD(図5参照)を供給する複数の電源端子51v、および半導体チップ10のコア回路12に基準電位VG(図5参照)を供給する複数の基準端子51g、を含む。
また、図20に示すように、実装基板50は、上面50tおよび下面50bの一方から他方までを貫通するように設けられた複数のスルーホール配線5TWを有する。複数のスルーホール配線5TWには、配線基板20の電源端子30vと電気的に接続されるスルーホール配線5TWvと、配線基板20の基準端子30gと電気的に接続されるスルーホール配線5TWgと、を含む。また、複数のスルーホール配線5TWには、電気信号SIG(図5参照)を伝送するスルーホール配線5TWsを含む。複数のスルーホール配線5TWのそれぞれは、実装基板50の上面50tの複数の上面端子51と下面50bの複数の下面端子52とを電気的に接続する。なお、上面端子51および下面端子52のうち、上面端子51は、半導体装置PKG1の外部端子30と接続される端子である。一方、複数の下面端子52のそれぞれは、スルーホール配線5TWの端部に配置されるスルーホールランドである。したがって、下面端子52は、スルーホール配線5TW以外の部品には接続されず、外部端子としては機能しない場合もある。また、図22に示す下面端子52の変形例として、平面視において、下面端子52の中央に開口部が形成されている場合がある。スルーホール配線5TWは、筒状の金属部材であって、下面端子52の開口部は、筒状のスルーホール配線5TWの孔に連通する。
図22に示すように、実装基板50の下面50bには、複数の下面端子52が配置される。実装基板50の下面50bは、図16に示す配線基板20の領域2R3と重なる領域5R6、および配線基板20の領域2R4と重なる領域5R7を有する。領域5R6には、下面端子52が配置されず、領域5R7には複数の下面端子52が配置される。
領域5R6には電極CE1および電極CE2を有するコンデンサCC1が搭載される。電極CE1は、スルーホール配線5TWv(図21参照)を介して配線基板20(図21参照)の電源端子30v(図21参照)と電気的に接続され、電極CE2は、スルーホール配線5TWg(図21参照)を介して配線基板20の基準端子30g(図21参照)と電気的に接続される。
コンデンサCC1は、長方形の平面形状を備えるチップコンデンサである。コンデンサCC1は、互いに反対側にある二つの長辺と、二つの長辺のそれぞれに交差する二つの短辺を備える。図22に示す例では、二つの短辺の一方に電極CE1があり、他方に電極CE2がある。コンデンサCC1の一方の電極CE1が図16に示す電源端子30vに接続され、他方の電極CE2が図16に示す基準端子30gに接続されている場合、コンデンサCC1は、バイパスコンデンサやデカップリングコンデンサとして機能する。コンデンサCC1の平面サイズには種々の変形例があるが、コンデンサCC1に要求される容量の程度によっては、小型のコンデンサを選択できない場合がある。
例えば、図22に示す例では、実装基板50の下面50bは、配線基板20(図16参照)の領域2R4(図16参照)と重なる領域5R7を有し、領域5R7には電極CE3および電極CE4を有するコンデンサCC2が搭載される。実装基板50の下面50bからの平面視において、コンデンサCC1の面積は、コンデンサCC2の面積より大きい。このように、小型のコンデンサCC2であれば、領域5R6に搭載可能であるが、小型のコンデンサCC2の場合、容量に制限がある。
また、図23に示すように、コンデンサCC1は、実装基板50の下面50bからの平面視において、コンデンサCC1は短辺CSSおよび長辺CSLを有する。短辺CSSの長さは、図21に示す上面50tに配置される複数の上面端子51のうち、互いに隣り合って配置される上面端子51の中心間距離P51より長い。大型のコンデンサCC1を図22に示すコンデンサCC2のように、領域5R7に配置する場合、コンデンサCC1の電極CE1または電極CE2と重なる位置は、全て同電位の下面端子52にする必要がある。したがって、端子レイアウト上の制約が大きい。
本実施の形態の場合、領域5R6にコンデンサCC1を配置するので、コンデンサCC1のサイズ、言い換えれば、コンデンサCC1の容量特性に制約がない。このため、図5に示すコア回路12に安定的に駆動電圧を供給することができる。図23に示す例では、コンデンサCC1を搭載するコンデンサ用の端子54は領域5R6に配置され、端子54と下面端子52とは、配線53を介して電気的に接続されている。電源電位VD(図5参照)が供給される端子54vと電源端子52vとは、配線53vを介して電気的に接続されている。基準電位VG(図5参照)が供給される端子54gと基準端子52gとは、配線53gを介して電気的に接続されている。このように、コンデンサ用の端子54とスルーホール配線5TW(図20参照)の直下に配置される下面端子52との間に配線53を介在させることにより、下面端子52のピッチは、コンデンサCC1のサイズにより制約されず、自由に設定することができる。このため、図21に示す複数の上面端子51のレイアウトの設計の自由度も向上させることができる。
また、図22に示す例では、領域5R6には電極CE1、電極CE2、および電極CE5を有するコンデンサCC3が搭載される。コンデンサCC3の電極CE1および電極CE5は、図20に示すスルーホール配線5TWvを介して配線基板20の電源端子30vと電気的に接続される。コンデンサCC3の電極CE2は、図20に示すスルーホール配線5TWgを介して配線基板20の基準端子30gと電気的に接続される。コンデンサCC3は、3つの電極を備える、所謂3端子コンデンサである。3端子コンデンサは、高周波領域で、非常に低いインピーダンスとなるので、2端子コンデンサと比較して、ノイズ耐性が高い電源回路を構成することができる。
ただし、3端子コンデンサであるコンデンサCC3は、電極CE1、CE2およびCE5を有しているので、コンデンサCC3を領域5R7に配置しようとすれば、下面端子52のレイアウト上の制約が非常に大きい。図23に示すコンデンサCC3を搭載するコンデンサ用の端子54は領域5R6に配置され、端子54と下面端子52とは、配線53を介して電気的に接続されている。本実施の形態のように、下面端子52が配置されない領域5R6が存在する場合、コンデンサCC3を領域5R6に配置することにより、下面端子52の端子レイアウトの設計の自由度を向上させることができる。
また、図20に示す例では、実装基板50は、上面50tと下面50bとの間に複数(図20では2層)の配線層を備えている。上面50tと下面50bとの間の配線層には、配線基板20と同様に、大面積の導体パターンが配置されている。例えば、実装基板50の第2層目の配線層(複数の上面端子51が配置される層の一つ下層の配線層)には、基準電位VG(図5参照)が供給される導体パターン5Pgが配置される。導体パターン5Pgは、第2層目配線層の大部分に設けられている。導体パターン5Pgには複数の開口部が設けられ、開口部内にスルーホール配線5TWvなどが配置されている。
また、実装基板50の第3層目の配線層(第2層目の配線層の一つ下層の配線層)には、電源電位VD(図5参照)が供給される導体パターン5Pvが配置される。導体パターン5Pvは、半導体チップ10と重なる領域に配置されている。このように、同じ電位が供給される経路を大面積の導体パターンを介して互いに電気的に接続することにより、電源電位や基準電位を安定して供給することができる。
上記実施の形態中でもいくつかの変形例について説明したが、以下では、上記実施の形態で説明した変形例以外の代表的な変形例について説明する。
<変形例1>
図24は、図5に対する変形例である半導体装置の回路構成例を模式的に示す説明図である。図25は、図24に示す半導体装置の配線基板の上面における端子レイアウトの構成例を示す平面図である。図25では、図7と同様のルールにより、複数の端子2PDにドットパターンやハッチングを付している。また、図25では、複数の端子2PDv2のそれぞれには、複数の端子2PDv1より濃いドットパターンを付している。図5に示す半導体装置PKG1の場合、半導体チップ10に供給される電源電位VDが一種類である場合について説明した。半導体チップ10に複数種類の電源電位が供給されても良い。例えば、図24に示す半導体装置PKG2の場合、半導体チップ10の入出力回路11には、コア回路12に供給される電源電位VD1とは異なる電源電位VD2が供給される。
上記したように、入出力回路11は、半導体チップ10の外部との間で電気信号SIGの入力あるいは出力を行う回路である。このため、入出力回路11に電源電位VD2を供給する端子は、電気信号SIGを伝送する端子の近傍に配置される。例えば図25に示す例では、配線基板20の上面20tにおいて、チップ搭載領域10rの周縁部には複数の信号伝送用の端子2PDsが配置され、チップ搭載領域10rの中央部には、コア回路12(図24参照)に電源電位VD1(図24参照)を供給する複数の端子2PDv1と、基準電位VG(図24参照)を供給する端子2PDgとが配置される。複数の端子2PDv1および端子2PDgが配置される中央部と、複数の端子2PDsが配置される周縁部の間には、複数の端子2PDv2が配置される領域がある。
図24に示す入出力回路11は、コア回路12と比較すると、電圧変動に伴う誤作動が少ない。このため、電源電位VD2を供給する経路は、電源電位VD1を供給する経路と比較して、経路距離が長くなったり、あるいは、経路断面積が小さかったりしても、半導体チップ10の動作特性に与える影響は相対的に小さい。図25に示すように、複数の端子2PDv2がチップ搭載領域10rの周縁部に沿って配列されている場合、コア回路12(図24参照)に電源電位VD1(図24参照)を供給する複数の端子2PDv1に接続される経路を半導体チップ10(図4参照)と重なる領域の中央部に配置することができる。電源電位VD2を供給する経路は、例えば、図4に示す配線層WL4において、半導体チップ10と重なる領域から、半導体チップ10と重ならない領域に引き出すことができる。この場合、図16に示す配線基板20の下面20bにおいて、半導体チップ10(図4参照)と重なる領域2R1周辺のレイアウトは、図16に示す半導体装置PKG1と同様なレイアウトにすることができる。
<変形例2>
図26は、図15に対する変形例を示す断面図である。図26に示す半導体装置PKG3は、配線基板20上にカバー部材(リッド)CV1が配置されている点で、図15に示す半導体装置PKG1と相違する。カバー部材CV1は、例えば金属製の部材であって、配線基板20の上面20tの周縁部および半導体チップ10の裏面10bに接着固定されている。半導体チップ10の裏面10bとカバー部材CV1との間には、金属粒子など、高い放熱性を示す多数の放熱粒子を含む接着材(放熱接着材)60が配置される。放熱性の高い接着材60を介して半導体チップ10と金属製のカバー部材CV1とを接着することで、半導体装置PKG3は、放熱特性を向上させることができる。
また、カバー部材CV1の周縁部は、接着材61を介して配線基板20の上面20tに接着されている。接着材61は、複数の外部端子30のうち、最外周に配置される外部端子30と重なっている。このように、配線基板20の周縁部において、硬いカバー部材CV1と配線基板20とを接着することにより、配線基板20の反り変形の程度が抑制できる。この場合、複数の外部端子30のコプラナリティを小さくできるので、半導体チップ10と重なる領域2R1に、外部端子30を配置することができる。
ただし、カバー部材CV1のように、配線基板20の反り変形を矯正できる部材を貼りつけた場合でも、半導体チップ10と重なる領域の反り変形を矯正することは難しい。したがって、カバー部材CV1を配置した場合でも、図16に示すように、領域2R3には、外部端子30は配置されない。
なお、図26に示す接着材61は、接着材60と同じ材料であっても良いし、放熱粒子を含まない接着材であっても良い。配線基板20の周辺領域に配置される接着材61には、放熱特性よりも接着強度を強化することが要求される。
<変形例3>
図27は、図15に示す半導体装置に対する他の変形例を示す断面図である。図28は、図27に示す配線基板において、第1層目の配線層のレイアウトの例を示す平面図である。図29は、図27に示す配線基板において、最下層の配線層のレイアウトの例を示す平面図である。なお、半導体装置PKG4の配線基板は、図28に示す第1層目の配線層WL1と、図29に示す第2層目の配線層WL2とから成る2層構造である。また、図27では、配線基板20の第1層目の配線層および第2層目の配線層を覆う絶縁膜の図示を省略している。
図27に示す半導体装置PKG4は、半導体チップ10Aの裏面10bが、配線基板20の上面20tと対向する、フェイスアップ実装方式により配線基板20上に搭載されている点で、図15に示す半導体装置PKG1と相違する。半導体チップ10Aは、表面10tの周縁領域に配置される複数の電極1PDを有する。また、配線基板20の上面20tに配置される複数の端子2PDは、半導体チップ10Aと重なる領域には配置されず、半導体チップ10Aの周囲に配置される。複数の電極1PDと複数の端子2PDとは、ワイヤ65を介して電気的に接続されている。
また、半導体チップ10A、複数の端子2PD、および複数のワイヤ65のそれぞれは、封止体MRにより封止されている。配線基板20の上面20tは、全体が封止体MRに覆われている。
半導体装置PKG4のように、半導体チップ10Aと配線基板20とをワイヤ65で接続するタイプのパッケージの場合、図15に示す半導体装置PKG1と比較して、半導体チップ10Aと配線基板20との接着強度が強くない。このため、半導体チップ10Aと配線基板20との線膨張係数の違いに起因する配線基板20の反り変形の程度は、半導体装置PKG1と比較すると小さい。しかし、配線基板20の上面20tには封止体MRが接着されている。この封止体MRと配線基板20との線膨張係数の違いに起因して配線基板20に反り変形が生じる。
したがって、半導体装置PKG4の場合にも、コプラナリティを考慮して、半導体チップ10Aと重なる領域2R1の一部分に外部端子30が配置されない領域2R3を設けることが好ましい。
図28に示すように、半導体装置PKG4の場合、配線基板20の複数の端子2PDは、半導体チップ10A(図27参照)が搭載されるチップ搭載領域10rの外側に配置される。このため、コア回路12(図5参照)までの経路距離を考慮すると、図29に示す領域2R1内にランド2LDvが配置される変形例が考えられる。ただし、電源電位を供給する経路に、例えば図29に示す導体パターン2Pvのように、大面積の導体パターンを介在させる場合、半導体チップ10A(図27参照)と重なる領域2R1に複数のランド2LDvを配置することが好ましい。この場合、図16を用いて説明した半導体装置PKG1と同様に、領域2R1が、外部端子30が配置されない領域2R3と、複数の外部端子30が配置される領域2R4とを備えている。図29に示すように、配線層WL2において、領域2R4には、電源電位VD(図5参照)が供給される大面積の導体パターン2Pvが配置される。また、領域2R3には、基準電位VG(図5参照)が供給される導体パターン2Pg2が配置される。なお、導体パターン2Pg2の面積は導体パターン2Pvの面積より小さい。ただし、図28に示すように配線層WL1には、チップ搭載領域10rの内側に、基準電位VGが供給される大面積の導体パターン2Pg1が配置されている。導体パターン2Pg2は、導体パターン2Pvの内側に配置される。半導体装置PKG4の場合、電源電位VDおよび基準電位VGのそれぞれを安定的に供給できるので、半導体装置PKG1と同様に、コア回路12(図5参照)の信頼性を向上させることができる。
<変形例4>
また、例えば、上記の通り種々の変形例について説明したが、上記で説明した各変形例同士を組み合わせて適用することができる。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
1PD,1PDg,1PDs,1PDv 電極(チップ電極、電極パッド、電極部)
2b,2Cb 下面
2Ca,2t 上面
2CR 絶縁層(コア層、コア材、コア絶縁層)
2e,2e1,2e2 絶縁膜
2LD,2LDg,2LDs,2LDv ランド(端子、外部端子、電極、外部電極)
2PD,2PDg,2PDs,2PDv,2PDv1,2PDv2 端子(端子部、パッド、半導体チップ接続用端子)
2Pg1,2Pg2,2Pv,2Pv1,2Pv2,2Pv3,5Pg,5Pv 導体パターン
2PL 導体プレーン
2R1,2R2,2R3,2R3,2R4,2R5,5R1,5R2,5R3,5R4,5R6,5R7 領域
2s 側面
2TW,2TWg,2TWs,2TWv,5TW,5Twg,5TWs,5TWv スルーホール配線(層間導電路)
2v,2vg,2vs,2vv ビア配線(ビア、層間導電路)
2VLg,2VLv ビアランド(導体パターン)
2w,2ws 配線
10,10A 半導体チップ
10b 裏面(主面、下面)
10r チップ搭載領域
10s 側面
10t 表面(主面、上面)
11 入出力回路
12 コア回路
20,20A,20B,20C 配線基板
20b 下面(面、主面、被実装面)20s 側面
20t 上面(面、主面、チップ搭載面)
30 外部端子(半田ボール、半田材、端子、外部端子、電極、外部電極)
30g 基準端子
30r1,30r2,30r5 端子
30v 電源端子
40 アンダフィル樹脂(絶縁性樹脂)
50 実装基板(配線基板)
50b 下面
50t 上面
51 上面端子(端子)
51g,52g 基準端子
51r1,51r2 端子
51v,52v 電源端子
52 下面端子(端子)
53,53g,53v 配線
54,54g,54v 端子
60 接着材(放熱接着材)
61 接着材
65 ワイヤ
CC1,CC2,CC3 コンデンサ(チップコンデンサ)
CE1,CE2,CE3,CE4,CE5 電極
CSL 長辺
CSS 短辺
CV1 カバー部材(リッド)
EDV1 電子装置
MR 封止体
P51 中心間距離
PKG1,PKG2,PKG3,PKG4 半導体装置(半導体パッケージ)
SB 突起電極
SIG 電気信号
Ti チタン
VD,VD1,VD2 電源電位
VG 基準電位
WL1,WL2,WL3,WL4,WL5,WL6 配線層

Claims (13)

  1. 第1上面、前記第1上面に形成された複数の第1端子、前記第1上面の反対側の第1下面、および前記第1下面に形成され、前記複数の第1端子のそれぞれと電気的に接続された複数の第2端子を有する配線基板と、
    第1表面、前記第1表面に形成された複数の第1電極パッド、および前記第1表面の反対側の第1裏面を有し、前記配線基板の前記第1上面上に搭載された半導体チップと、
    を含み、
    前記配線基板の前記第1下面は、前記第1上面に搭載された前記半導体チップと重なる第1領域と、前記第1領域を囲み、かつ、前記半導体チップと重ならない第2領域と、を含み、
    前記第1領域は、前記複数の第2端子が配置されない第3領域と、前記第3領域を囲み、かつ、前記複数の第2端子が配置される第4領域と、を含み、
    前記複数の第2端子は、前記第1領域の前記第4領域に配置される複数の第1領域端子と、前記第2領域に配置される複数の第2領域端子と、を含み、
    前記複数の第1領域端子は、前記半導体チップの回路に第1電源電位を供給する複数の第1電源端子、および前記半導体チップの回路に基準電位を供給する複数の基準端子、を含み、
    前記第3領域の面積は、前記第1領域の面積に対して56%以下であり、
    前記第4領域に配置される前記複数の第1電源端子の数は、前記第4領域に配置される前記複数の基準端子の数より多い、半導体装置。
  2. 請求項において、
    前記複数の第1電源端子のそれぞれと隣り合って配置される複数の端子には、一つ以上の基準端子が含まれる、半導体装置。
  3. 請求項において、
    前記複数の第1電源端子のそれぞれと隣り合って配置される複数の端子には、一つ以上の第1電源端子が含まれる、半導体装置。
  4. 請求項において、
    前記第2領域は、前記第4領域の周囲を囲む第5領域を含み、
    前記第5領域には、前記複数の第2端子に含まれる複数の第5領域端子が、前記第4領域の周囲を囲むように一列で配置され、
    前記複数の第5領域端子は、前記複数の第1電源端子および前記複数の基準端子を含む、半導体装置。
  5. 第1上面、前記第1上面に形成された複数の第1端子、前記第1上面の反対側の第1下面、および前記第1下面に形成され、前記複数の第1端子のそれぞれと電気的に接続された複数の第2端子を有する配線基板と、
    第1表面、前記第1表面に形成された複数の第1電極パッド、および前記第1表面の反対側の第1裏面を有し、前記配線基板の前記第1上面上に搭載された半導体チップと、
    を含み、
    前記配線基板の前記第1下面は、前記第1上面に搭載された前記半導体チップと重なる第1領域と、前記第1領域を囲み、かつ、前記半導体チップと重ならない第2領域と、を含み、
    前記第1領域は、前記複数の第2端子が配置されない第3領域と、前記第3領域を囲み、かつ、前記複数の第2端子が配置される第4領域と、を含み、
    前記複数の第2端子は、前記第1領域の前記第4領域に配置される複数の第1領域端子と、前記第2領域に配置される複数の第2領域端子と、を含み、
    前記複数の第1領域端子は、前記半導体チップの回路に第1電源電位を供給する複数の第1電源端子、および前記半導体チップの回路に基準電位を供給する複数の基準端子、を含み、
    前記第3領域の面積は、前記第1領域の面積に対して56%以下であり、
    前記複数の第1領域端子の最大配置数は、36個以上、かつ、169個以下であり、
    前記第3領域の面積は、前記第1領域の面積に対して25%以下である、半導体装置。
  6. 請求項において、
    前記第2領域は、前記第4領域の周囲を囲む第5領域を含み、
    前記第5領域には、前記複数の第2端子に含まれる複数の第5領域端子が、前記第4領域の周囲を囲むように一列で配置され、
    前記複数の第5領域端子は、前記複数の基準端子を含み、かつ、前記複数の第1電源端子を含まない、半導体装置。
  7. 第1配線基板、および前記第1配線基板に搭載された半導体チップを備える半導体パッケージと、
    前記半導体パッケージが搭載される第2配線基板と、
    を有し、
    前記半導体パッケージは、
    第1上面、前記第1上面に形成された複数の第1端子、前記第1上面の反対側の第1下面、および前記第1下面に形成され、前記複数の第1端子のそれぞれと電気的に接続された複数の第2端子を有する前記第1配線基板と、
    第1表面、前記第1表面に形成された複数の第1電極パッド、および前記第1表面の反対側の第1裏面を有し、前記第1配線基板の前記第1上面上に搭載された前記半導体チップと、
    を含み、
    前記第2配線基板は、前記半導体パッケージが搭載される第2上面、前記第2上面に形成され、前記第1配線基板の前記複数の第2端子のそれぞれと電気的に接続される複数の第3端子、および前記第2上面の反対側の第2下面を有し、
    前記第1配線基板の前記第1下面は、前記第1上面に搭載された前記半導体チップと重なる第1領域と、前記第1領域を囲み、かつ、前記半導体チップと重ならない第2領域と、を含み、
    前記第1領域は、前記複数の第2端子が配置されない第3領域と、前記第3領域を囲み、かつ、前記複数の第2端子が配置される第4領域と、を含み、
    前記複数の第2端子は、前記第1領域の前記第4領域に配置される複数の第1領域端子と、前記第2領域に配置される複数の第2領域端子と、を含み、
    前記複数の第1領域端子は、前記半導体チップの回路に第1電源電位を供給する複数の第1電源端子、および前記半導体チップの回路に基準電位を供給する複数の基準端子、を含み、
    前記第2配線基板は、前記第2上面および前記第2下面の一方から他方までを貫通するように設けられた複数のスルーホール配線を有し、
    前記複数のスルーホール配線には、前記第1配線基板の前記複数の第1電源端子のいずれかと電気的に接続される第1電源スルーホール配線と、前記第1配線基板の前記複数の基準端子のいずれかと電気的に接続される基準スルーホール配線と、を含み、
    前記第2配線基板の前記第2下面は、前記第1配線基板の前記第3領域と重なる第6領域を有し、
    前記第6領域には第1電極および第2電極を有する第1コンデンサが搭載され、
    前記第1電極は、前記第1電源スルーホール配線を介して前記第1配線基板の前記複数の第1電源端子のいずれかと電気的に接続され、
    前記第2電極は、前記基準スルーホール配線を介して前記第1配線基板の前記複数の基準端子のいずれかと電気的に接続され、
    前記第1コンデンサは、前記第2配線基板の前記第2下面からの平面視において、前記第1コンデンサは第1短辺および第1長辺を有し、
    前記第1短辺の長さは、前記第2上面に配置される前記複数の第3端子のうち、互いに隣り合って配置される第3端子の中心間距離より長い、電子装置。
  8. 第1配線基板、および前記第1配線基板に搭載された半導体チップを備える半導体パッケージと、
    前記半導体パッケージが搭載される第2配線基板と、
    を有し、
    前記半導体パッケージは、
    第1上面、前記第1上面に形成された複数の第1端子、前記第1上面の反対側の第1下面、および前記第1下面に形成され、前記複数の第1端子のそれぞれと電気的に接続された複数の第2端子を有する前記第1配線基板と、
    第1表面、前記第1表面に形成された複数の第1電極パッド、および前記第1表面の反対側の第1裏面を有し、前記第1配線基板の前記第1上面上に搭載された前記半導体チップと、
    を含み、
    前記第2配線基板は、前記半導体パッケージが搭載される第2上面、前記第2上面に形成され、前記第1配線基板の前記複数の第2端子のそれぞれと電気的に接続される複数の第3端子、および前記第2上面の反対側の第2下面を有し、
    前記第1配線基板の前記第1下面は、前記第1上面に搭載された前記半導体チップと重なる第1領域と、前記第1領域を囲み、かつ、前記半導体チップと重ならない第2領域と、を含み、
    前記第1領域は、前記複数の第2端子が配置されない第3領域と、前記第3領域を囲み、かつ、前記複数の第2端子が配置される第4領域と、を含み、
    前記複数の第2端子は、前記第1領域の前記第4領域に配置される複数の第1領域端子と、前記第2領域に配置される複数の第2領域端子と、を含み、
    前記複数の第1領域端子は、前記半導体チップの回路に第1電源電位を供給する複数の第1電源端子、および前記半導体チップの回路に基準電位を供給する複数の基準端子、を含み、
    前記第2配線基板は、前記第2上面および前記第2下面の一方から他方までを貫通するように設けられた複数のスルーホール配線を有し、
    前記複数のスルーホール配線には、前記第1配線基板の前記複数の第1電源端子のいずれかと電気的に接続される第1電源スルーホール配線と、前記第1配線基板の前記複数の基準端子のいずれかと電気的に接続される基準スルーホール配線と、を含み、
    前記第2配線基板の前記第2下面は、前記第1配線基板の前記第3領域と重なる第6領域を有し、
    前記第6領域には第1電極および第2電極を有する第1コンデンサが搭載され、
    前記第1電極は、前記第1電源スルーホール配線を介して前記第1配線基板の前記複数の第1電源端子のいずれかと電気的に接続され、
    前記第2電極は、前記基準スルーホール配線を介して前記第1配線基板の前記複数の基準端子のいずれかと電気的に接続され、
    前記第2配線基板の前記第2下面は、前記第1配線基板の前記第4領域と重なる第7領域を有し、
    前記第7領域には、第2コンデンサが搭載され、
    前記第2配線基板の前記第2下面からの平面視において、前記第1コンデンサの面積は、前記第2コンデンサの面積より大きい、電子装置。
  9. 第1配線基板、および前記第1配線基板に搭載された半導体チップを備える半導体パッケージと、
    前記半導体パッケージが搭載される第2配線基板と、
    を有し、
    前記半導体パッケージは、
    第1上面、前記第1上面に形成された複数の第1端子、前記第1上面の反対側の第1下面、および前記第1下面に形成され、前記複数の第1端子のそれぞれと電気的に接続された複数の第2端子を有する前記第1配線基板と、
    第1表面、前記第1表面に形成された複数の第1電極パッド、および前記第1表面の反対側の第1裏面を有し、前記第1配線基板の前記第1上面上に搭載された前記半導体チップと、
    を含み、
    前記第2配線基板は、前記半導体パッケージが搭載される第2上面、前記第2上面に形成され、前記第1配線基板の前記複数の第2端子のそれぞれと電気的に接続される複数の第3端子、および前記第2上面の反対側の第2下面を有し、
    前記第1配線基板の前記第1下面は、前記第1上面に搭載された前記半導体チップと重なる第1領域と、前記第1領域を囲み、かつ、前記半導体チップと重ならない第2領域と、を含み、
    前記第1領域は、前記複数の第2端子が配置されない第3領域と、前記第3領域を囲み、かつ、前記複数の第2端子が配置される第4領域と、を含み、
    前記複数の第2端子は、前記第1領域の前記第4領域に配置される複数の第1領域端子と、前記第2領域に配置される複数の第2領域端子と、を含み、
    前記複数の第1領域端子は、前記半導体チップの回路に第1電源電位を供給する複数の第1電源端子、および前記半導体チップの回路に基準電位を供給する複数の基準端子、を含み、
    前記第2配線基板は、前記第2上面および前記第2下面の一方から他方までを貫通するように設けられた複数のスルーホール配線を有し、
    前記複数のスルーホール配線には、前記第1配線基板の前記複数の第1電源端子のいずれかと電気的に接続される第1電源スルーホール配線と、前記第1配線基板の前記複数の基準端子のいずれかと電気的に接続される基準スルーホール配線と、を含み、
    前記第2配線基板の前記第2下面は、前記第1配線基板の前記第3領域と重なる第6領域を有し、
    前記第6領域には第1電極および第2電極を有する第1コンデンサが搭載され、
    前記第1電極は、前記第1電源スルーホール配線を介して前記第1配線基板の前記複数の第1電源端子のいずれかと電気的に接続され、
    前記第2電極は、前記基準スルーホール配線を介して前記第1配線基板の前記複数の基準端子のいずれかと電気的に接続され、
    前記第1コンデンサは、前記第1電極、前記第2電極の他、前記第1電源スルーホール配線を介して前記第1配線基板の前記複数の第1電源端子のいずれかと電気的に接続される第3電極を有する、電子装置。
  10. 第1配線基板、および前記第1配線基板に搭載された半導体チップを備える半導体パッケージと、
    前記半導体パッケージが搭載される第2配線基板と、
    を有し、
    前記半導体パッケージは、
    第1上面、前記第1上面に形成された複数の第1端子、前記第1上面の反対側の第1下面、および前記第1下面に形成され、前記複数の第1端子のそれぞれと電気的に接続された複数の第2端子を有する前記第1配線基板と、
    第1表面、前記第1表面に形成された複数の第1電極パッド、および前記第1表面の反対側の第1裏面を有し、前記第1配線基板の前記第1上面上に搭載された前記半導体チップと、
    を含み、
    前記第2配線基板は、前記半導体パッケージが搭載される第2上面、前記第2上面に形成され、前記第1配線基板の前記複数の第2端子のそれぞれと電気的に接続される複数の第3端子、および前記第2上面の反対側の第2下面を有し、
    前記第1配線基板の前記第1下面は、前記第1上面に搭載された前記半導体チップと重なる第1領域と、前記第1領域を囲み、かつ、前記半導体チップと重ならない第2領域と、を含み、
    前記第1領域は、前記複数の第2端子が配置されない第3領域と、前記第3領域を囲み、かつ、前記複数の第2端子が配置される第4領域と、を含み、
    前記複数の第2端子は、前記第1領域の前記第4領域に配置される複数の第1領域端子と、前記第2領域に配置される複数の第2領域端子と、を含み、
    前記複数の第1領域端子は、前記半導体チップの回路に第1電源電位を供給する複数の第1電源端子、および前記半導体チップの回路に基準電位を供給する複数の基準端子、を含み、
    前記第4領域に配置される前記複数の第1電源端子の数は、前記第4領域に配置される前記複数の基準端子の数より多い、電子装置。
  11. 請求項10において、
    前記複数の第1電源端子のそれぞれと隣り合って配置される複数の端子には、一つ以上の基準端子が含まれる、電子装置。
  12. 請求項11において、
    前記複数の第1電源端子のそれぞれと隣り合って配置される複数の端子には、一つ以上の第1電源端子が含まれる、電子装置。
  13. 請求項12において、
    前記第2領域は、前記第4領域の周囲を囲む第5領域を含み、
    前記第5領域には、前記複数の第2端子に含まれる複数の第5領域端子が、前記第4領域の周囲を囲むように一列で配置され、
    前記複数の第5領域端子は、前記複数の第1電源端子および前記複数の基準端子を含む、電子装置。
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