JPH10125731A - 半導体集積回路装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体集積回路装置およびその製造方法

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JPH10125731A
JPH10125731A JP8279321A JP27932196A JPH10125731A JP H10125731 A JPH10125731 A JP H10125731A JP 8279321 A JP8279321 A JP 8279321A JP 27932196 A JP27932196 A JP 27932196A JP H10125731 A JPH10125731 A JP H10125731A
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substrate
mounting surface
wiring
integrated circuit
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JP8279321A
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Keiki Watanabe
圭紀 渡邊
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高周波の信号線などの伝送線設計を容易にす
る。 【解決手段】 半導体集積回路が形成された半導体チッ
プ1と、バンプ3を介して半導体チップ1を支持するパ
ッケージ基板2と、パッケージ基板2の外周部2aに設
けられたリード部4と、半導体チップ1とその周辺部と
を封止するキャップ5とからなり、パッケージ基板2
が、半導体チップ1を搭載する素子搭載面2fと、素子
搭載面2fに沿ってパッケージ基板2の内部2hに設け
られかつ一方の端部2jを素子搭載面2fに露出した伝
送線である端部露出配線2iとを備えており、端部露出
配線2iと素子搭載面2fに設けられた基板電極2eと
が直接電気的に接続され、さらに、端部露出配線2iが
パッケージ基板2の表面2cに平行に形成され、かつパ
ッケージ基板2の素子搭載面2fが端部露出配線2iに
対して傾斜して形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造技術に
関し、特に、フリップチップ接続を行いかつ高周波信号
を伝送する半導体集積回路装置およびその製造方法に関
する。
【0002】
【従来の技術】以下に説明する技術は、本発明を研究、
完成するに際し、本発明者によって検討されたものであ
り、その概要は次のとおりである。
【0003】高周波の信号伝送を行う半導体集積回路装
置として、半導体チップ(半導体素子)の実装方式にF
CB(Flip Chip Bonding 、フリップチップ接続)実装
方式を用いたものがある。
【0004】なお、ワイヤボンディング方式と比較して
フリップチップ接続を用いた場合の利点としては、(1)
ボンディングワイヤのインダクタンス成分に比べ、バン
プのインダクタンス成分が小さいため、高周波入出力端
子の伝送線(配線ともいう)設計が比較的容易であるこ
と、(2) 半導体チップの外周部だけでなく、表面内方に
も素子電極を配置することが可能であるため、グランド
端子や電源端子の強化や高周波信号線長の短縮化(信号
線を半導体チップの外周付近まで引き伸ばさなくてもよ
いことによる伝送線設計やレイアウト設計の容易化)が
可能になることなどが挙げられる。
【0005】ここで、FCB実装方式を用いた場合の半
導体集積回路装置の構成は、半導体集積回路が形成され
かつ表面に素子電極を有する半導体チップと、表面に基
板電極が形成されるとともに内部に基板電極と接続する
信号線、グランド線または電源線などの伝送線が設けら
れたパッケージ基板(素子搭載基板)とからなり、半導
体チップがバンプを介してパッケージ基板に搭載されて
いる。
【0006】さらに、伝送線と接続する入出力端子ある
いは半導体チップを封止するキャップなどが設けられて
いる。
【0007】なお、パッケージ基板上の基板電極とパッ
ケージ基板内の伝送線とはビアホールを介して接続され
ている。
【0008】ここで、高周波の半導体集積回路装置にお
ける信号線は、例えば、左右のグランドパターンなどの
影響を考えてインピーダンス設計されたコープレナ配線
であるが、ビアホールにおけるインピーダンス設計は構
造上難しく、インダクタンスが寄生する。
【0009】その際のインダクタンス値は、セラミック
によって形成されるパッケージ基板において、信号線を
タングステン配線とし、かつ直径0.1mmのビアホール
を形成した場合、ビアホール長さ0.2mmで約0.04n
H、ビアホール長さ約0.6mmで約0.3nHと計算され
る。
【0010】その後の伝送線を理想と仮定し、このビア
ホールのインダクタンス成分のみを考え、周波数20G
Hzの時の伝送路の電圧定在波比(VSWRともいう)
を計算すると、0.04nH(ビアホール長さ0.2mm)
で約1.1、0.3nH(ビアホール長さ約0.6mm)約2.
1となる。
【0011】また、同条件での挿入損失は、0.04nH
で約−0.01db、0.3nHで約−0.6dbとなる。さ
らに、伝送線のインピーダンスは0.3nHの場合で約1.
25倍(20GHz)になり、ビアホールが長い場合は
特性に大きな影響をおよぼす可能性がある。
【0012】そこで、高周波の入出力端子を半導体チッ
プの外周部に配置するとともにパッケージ基板において
信号線を最上層とし、基板電極と信号線とを接続するビ
アホールの長さを極力短くする構造としている。
【0013】なお、半導体集積回路装置におけるコープ
レナ配線技術については、例えば、日経BP社、199
3年5月31日発行、香山晋、成瀬邦彦(監)、「実践
講座VLSIパッケージング技術(上)」、200〜2
01頁に記載されている。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】ところが、前記した技
術のように、フリップチップ接続によって高周波の信号
伝送を行う半導体集積回路装置においては、ビアホール
で寄生するインダクタンスの影響によって高周波の信号
伝送線のインピーダンスにズレが生じることがある。
【0015】これにより、周波数が数十GHzにおよぶ
半導体集積回路装置の場合、ビアホールを介してこの伝
送線と基板電極と接続する構造では、インダクタンスの
影響によるインピーダンスのズレが許容範囲を越えるこ
とが問題とされる。
【0016】本発明の目的は、高周波の信号線などの伝
送線設計を容易にする半導体集積回路装置およびその製
造方法を提供することにある。
【0017】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
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。
【0018】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。
【0019】すなわち、本発明の半導体集積回路装置
は、バンプを介して半導体素子を搭載する素子搭載基板
を有したものであり、前記素子搭載基板が前記半導体素
子を搭載する素子搭載面と、前記素子搭載面に沿って前
記素子搭載基板の内部に設けられかつ一端を前記素子搭
載面に露出した端部露出配線とを備え、前記端部露出配
線と前記素子搭載面に設けられた基板電極とが直接電気
的に接続されているものである。
【0020】これにより、端部露出配線と素子電極との
接続においてビアホールが介在しないため、インピーダ
ンスの変化を低減することが可能になる。
【0021】その結果、半導体集積回路装置においてそ
の信号の伝送特性、特に、高周波信号の伝送特性を向上
させることができるため、端部露出配線などの伝送線の
設計を容易にすることができる。
【0022】さらに、本発明の半導体集積回路装置は、
前記端部露出配線が前記素子搭載基板の表面または裏面
に平行に形成され、かつ前記素子搭載基板の素子搭載面
が前記端部露出配線に対して傾斜して形成されているも
のである。
【0023】また、本発明の半導体集積回路装置の製造
方法は、前記半導体素子を搭載する素子搭載面と、前記
素子搭載面に沿って前記素子搭載基板の内部に設けられ
かつ一端を前記素子搭載面に露出した端部露出配線とを
備えた素子搭載基板を準備する工程、前記半導体素子の
素子電極と前記素子搭載基板の基板電極とを前記バンプ
によって電気的に接続することにより、前記バンプを介
して前記半導体素子を前記素子搭載基板の素子搭載面に
搭載する工程を含むものである。
【0024】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。
【0025】図1は本発明による半導体集積回路装置の
構造の実施の形態の一例を示す断面図、図2は本発明の
半導体集積回路装置の製造方法に用いるマウント治具の
構造の実施の形態の一例を示す断面図である。
【0026】本実施の形態の半導体集積回路装置は、半
導体チップ(半導体素子)1が素子搭載基板であるパッ
ケージ基板2にフリップチップ接続されるものである。
【0027】つまり、半導体チップ1がボール状の電極
すなわちバンプ3を介してパッケージ基板2に搭載され
ている。
【0028】前記半導体集積回路装置の構成は、半導体
集積回路が形成された半導体チップ1と、バンプ3を介
して半導体チップ1を支持するパッケージ基板2と、パ
ッケージ基板2の外周部2aに設けられた入出力端子で
あるリード部4と、半導体チップ1とその周辺部とを封
止するキャップ5とからなる。
【0029】ここで、本実施の形態によるパッケージ基
板2は、半導体チップ1を搭載する素子搭載面2fと、
素子搭載面2fに沿ってパッケージ基板2の内部2hに
設けられかつ一端を素子搭載面2fに露出した端部露出
配線2iとを備えており、端部露出配線2iと素子搭載
面2fに設けられた基板電極2eとが直接電気的に接続
されている。
【0030】さらに、端部露出配線2iがパッケージ基
板2の表面2cまたは裏面2dに平行に形成され、かつ
パッケージ基板2の素子搭載面2fが端部露出配線2i
に対して傾斜して形成されている。
【0031】ここで、本実施の形態のパッケージ基板2
は、その表面2cと裏面2dとがほぼ平行であるため、
内部2hに設けられた端部露出配線2iは、表面2cと
裏面2dとの両者にほぼ平行に形成されている。
【0032】したがって、素子搭載面2fは、パッケー
ジ基板2の表面2cに対して所定角度(本実施の形態に
おいては十数度前後、ただし、傾斜角度は、これに限定
されるものではなく、何度であってもよい)傾斜して設
けられている。
【0033】つまり、素子搭載面2fが傾斜しており、
この傾斜した素子搭載面2fにバンプ3を介して半導体
チップ1を搭載する。
【0034】この際、素子搭載面2fに設けられた基板
電極2eに、半導体チップ1に仮り固定されたバンプ3
を搭載する。
【0035】また、端部露出配線2iは、その一方の端
部2j(一端)が素子搭載面2fに露出し、これに基板
電極2eが直接電気的に接続されている。
【0036】ここで、本実施の形態の端部露出配線2i
は伝送線であり、およそ数十GHzを越える高周波の信
号線である。
【0037】ただし、端部露出配線2iを低周波の信号
線として用いてもよく、また、グランド線もしくは電源
線などの伝送線として用いてもよい。
【0038】なお、端部露出配線2iは、多層配線をパ
ッケージ基板2の厚さ方向に接続するビアホール2gお
よびスルーホールを含まないものとする。
【0039】さらに、パッケージ基板2には、内部2h
に端部露出配線2iと平行に配線2bおよび配線2kが
設けられている。
【0040】ここで、配線2bは伝送線であり、本実施
の形態では低周波の信号線として用いた場合である。な
お、配線2bは、その一端がビアホール2gと接続し、
このビアホール2gが素子搭載面2fに露出して基板電
極2eと接続している。
【0041】すなわち、配線2bはビアホール2gを介
して素子搭載面2fの基板電極2eに電気的に接続して
いる。
【0042】また、配線2kは、グランド線もしくは電
源線などの伝送線であり、配線2bと同様にビアホール
2gを介して素子搭載面2fの基板電極2eに電気的に
接続している。
【0043】つまり、配線2bおよび配線2kは、素子
搭載面2fの基板電極2eには直接電気的に接続してお
らず、おのおのビアホール2gを介して電気的に接続し
ている。
【0044】したがって、本実施の形態の半導体集積回
路装置においては、少なくとも数十GHzを越える高周
波の信号線には、端部露出配線2iを用いる。
【0045】なお、本実施の形態のパッケージ基板2
は、例えば、セラミックによって形成されている。
【0046】さらに、バンプ3は、例えば、はんだによ
って形成され、端部露出配線2i、配線2bあるいは配
線2kなどの伝送線は、例えば、金や銅などによって形
成されている。
【0047】また、キャップ5は、例えば、ニッケルと
コバールと金などの合金によって形成されている。
【0048】また、半導体チップ1の素子形成面1aに
は、複数の素子電極1bが格子状に設けられている。
【0049】本実施の形態の半導体集積回路装置の製造
方法について説明する。
【0050】なお、前記半導体集積回路装置の製造方法
は、前記フリップチップ接続を行う半導体集積回路装置
の製造方法である。
【0051】まず、半導体チップ1を搭載する素子搭載
面2fと、素子搭載面2fに沿ってパッケージ基板2の
内部2hに設けられかつ一方の端部2j(一端)を素子
搭載面2fに露出した端部露出配線2iとを備えたパッ
ケージ基板2を準備する。
【0052】ここで、端部露出配線2iがパッケージ基
板2の表面2c(表面2cと裏面2dとが平行であれば
裏面2dでもよい)に平行に形成され、かつ、素子搭載
面2fが端部露出配線2iに対して傾斜して形成された
パッケージ基板2を準備する。
【0053】すなわち、パッケージ基板2の素子搭載面
2fは、パッケージ基板2の表面2cに対して傾斜して
形成されている。
【0054】なお、本実施の形態によるパッケージ基板
2は、セラミックなどによって形成された多層(1層で
あってもよい)のものであり、一般に使用されている多
層のプリント配線基板と同様の製造方法、例えば、貼り
合わせ技術などによって形成される。
【0055】すなわち、各層ごとの基板において、所望
の伝送線パターン(本実施の形態においては、端部露出
配線2i、配線2bおよび配線2k)を形成し、それぞ
れの基板を積層した後、必要に応じてスルーホール加工
を行い、これによって層間の電気的接続を行う。
【0056】さらに、素子搭載面2fをパッケージ基板
2の表面2cに対して所定角度傾斜させて形成する。
【0057】これにより、素子搭載面2fにおいて、端
部露出配線2iの端部2jを露出させる。
【0058】その後、素子搭載面2f上で露出した端部
2jに基板電極2eを接続する。
【0059】また、配線2bおよび配線2kは、パッケ
ージ基板2の内部2hでそれぞれビアホール2gと接続
させ、素子搭載面2fにビアホール2gを露出させる。
【0060】さらに、素子搭載面2f上で露出したビア
ホール2gに基板電極2eを接続する。
【0061】また、パッケージ基板2の外周部2aの所
定箇所に所定数のリード部4を取り付ける。
【0062】これにより、パッケージ基板2を準備でき
る。
【0063】その後、半導体チップ1の素子形成面1a
に格子状に設けられた素子電極1bに、はんだからなる
バンプ3をフラックスによって仮付けする。
【0064】続いて、例えば、炉体でリフローすること
により、半導体チップ1にバンプ3を固定する。
【0065】その後、バンプ3を介して半導体チップ1
をパッケージ基板2の傾斜した素子搭載面2fに搭載す
る。
【0066】すなわち、パッケージ基板2の基板電極2
eにフラックスを塗布した後、半導体チップ1をバンプ
3が下向きになる方向でパッケージ基板2に設置された
対応する電極と位置が合うように素子搭載面2fに載せ
る。
【0067】なお、半導体チップ1を搭載する際に、図
2に示すように、傾斜面6aを有したマウント治具6を
用いる。
【0068】つまり、マウント治具6の傾斜面6aがパ
ッケージ基板2の裏面2dを支持するようにパッケージ
基板2をマウント治具6に載置する。
【0069】この際、マウント治具6の傾斜面6aの傾
斜を調整することにより、パッケージ基板2の素子搭載
面2fを水平にすることができる。
【0070】すなわち、素子搭載面2fに対して半導体
チップ1を水平に載置することができる。
【0071】その後、再び炉体などでリフローすること
により、半導体チップ1とパッケージ基板2とをバンプ
3によって接続する。
【0072】これにより、半導体チップ1の素子電極1
bとパッケージ基板2の基板電極2eとをバンプ3によ
って電気的に接続することができ、その結果、バンプ3
を介して半導体チップ1をパッケージ基板2の素子搭載
面2fに搭載できる。
【0073】つまり、端部露出配線2iに対して傾斜し
て形成された素子搭載面2fに半導体チップ1を搭載す
ることができる。
【0074】したがって、半導体チップ1はパッケージ
基板2の表面2cに対して斜めに(本実施の形態では1
0°前後傾斜して)実装されたことになる。
【0075】その後、マウント治具6にパッケージ基板
2を載置した状態で、キャップ5を取り付ける。
【0076】すなわち、半導体チップ1とその周辺部と
をキャップ5によって封止する。
【0077】これにより、図1に示す本実施の形態の半
導体集積回路装置を製造できる。
【0078】なお、本実施の形態の半導体チップ1の実
装方法(半導体チップ1を斜めに実装する実装方法)
は、マルチチップモジュールなどに適用することも可能
である。
【0079】本実施の形態の半導体集積回路装置および
その製造方法によれば、以下のような作用効果が得られ
る。
【0080】すなわち、パッケージ基板2が、その素子
搭載面2fに沿ってパッケージ基板2の内部2hに設け
られかつ一方の端部2j(一端)を素子搭載面2fに露
出した高速の信号線である端部露出配線2iを備えると
ともに、端部露出配線2iの端部2jと素子搭載面2f
に設けられた基板電極2eとが直接電気的に接続されて
いることにより、端部露出配線2iと基板電極2eとの
接続において、ビアホール2gが介在しないため、イン
ピーダンスの変化を低減することが可能になる。
【0081】これにより、本実施の形態の半導体集積回
路装置においてその信号の伝送特性、特に、高周波信号
の伝送特性を向上させることができる。
【0082】その結果、高周波の信号線である端部露出
配線2i、低周波の信号線である配線2bおよび電源線
やグランド線である配線2kの設計を容易にすることが
できる。
【0083】すなわち、信号線、電源線あるいはグラン
ド線などの伝送線の設計を容易にすることができる。
【0084】さらに、端部露出配線2iが素子搭載面2
fに沿うとともに端部露出配線2iに対して素子搭載面
2fが傾斜して設けられかつ端部露出配線2iの端部2
jが素子搭載面2fに露出して設けられていることによ
り、高周波用の素子電極1bが半導体チップ1の表面内
方に設けられている場合においても、その素子電極1b
にバンプ3を介して接続する基板電極2eと端部露出配
線2iとをビアホール2gを介在させないで直接電気的
に接続することができる。
【0085】これにより、高周波の信号線である端部露
出配線2iすなわち伝送線の設計を容易にすることがで
きる。
【0086】また、端部露出配線2iがパッケージ基板
2の表面2cに平行に形成されていることにより、本実
施の形態のパッケージ基板2を比較的容易に形成するこ
とができる。
【0087】さらに、パッケージ基板2がセラミックに
よって形成されていることにより、セラミックの誘電率
は小さいため、端部露出配線2iのインダクタンスの変
化を抑えることができる。
【0088】これにより、コープレナ配線などを形成し
た際の電気特性を安定化させることができ、半導体集積
回路装置の電気的特性における信頼性を安定化できる。
【0089】以上、本発明者によってなされた発明を発
明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は
前記発明の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言う
までもない。
【0090】例えば、前記実施の形態で説明した半導体
集積回路装置は、端部露出配線が素子搭載基板の表面に
平行に形成され、かつ素子搭載基板の素子搭載面が端部
露出配線に対して傾斜して形成されているものであった
が、素子搭載基板は、その素子搭載面が素子搭載基板の
表面と平行に形成され、かつ端部露出配線が素子搭載基
板の表面に対して傾斜して形成されているものであって
もよい。
【0091】この場合、素子搭載基板の表面と平行に形
成された素子搭載面に対して、端部露出配線が傾斜して
形成されていることになる。
【0092】なお、この場合においても、素子搭載基板
の素子搭載面における基板電極と端部露出配線とをビア
ホールを介さずに直接接続できるため、前記実施の形態
の作用効果と同様の作用効果が得られる。
【0093】また、前記実施の形態においては、素子搭
載基板がセラミックによって形成されている場合を説明
したが、前記素子搭載基板は、例えば、セラミック以外
のエポキシ系の樹脂などによって形成されていてもよ
い。
【0094】さらに、前記実施の形態の半導体集積回路
装置においては、半導体素子とその周辺部との封止をキ
ャップによって行う場合について説明したが、前記封止
は、ポッティングなどの樹脂によって行ってもよい。
【0095】
【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。
【0096】(1).素子搭載基板の内部に設けられた
端部露出配線と素子搭載面に設けられた基板電極との接
続において、ビアホールを介在させないで接続するた
め、インピーダンスの変化を低減することができる。こ
れにより、半導体集積回路装置においてその信号の伝送
特性、特に、高周波信号の伝送特性を向上させることが
でき、その結果、端部露出配線などの伝送線の設計を容
易にすることができる。
【0097】(2).端部露出配線が素子搭載面に沿う
とともにその端部が素子搭載面に露出して設けられてい
ることにより、高周波用の素子電極が半導体素子の表面
内方に設けられている場合においても、その素子電極に
バンプを介して接続する基板電極と端部露出配線とをビ
アホールを介在させないで直接電気的に接続できる。こ
れにより、端部露出配線などの伝送線の設計を容易にす
ることができる。
【0098】(3).素子搭載基板がセラミックによっ
て形成されていることにより、セラミックの誘電率は小
さいため、端部露出配線などの伝送線のインダクタンス
の変化を抑えることができる。これにより、コープレナ
配線などを形成した際の電気特性を安定化させることが
でき、半導体集積回路装置の電気的特性における信頼性
を安定化できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による半導体集積回路装置の構造の実施
の形態の一例を示す断面図である。
【図2】本発明の半導体集積回路装置の製造方法に用い
るマウント治具の構造の実施の形態の一例を示す断面図
である。
【符号の説明】
1 半導体チップ(半導体素子) 1a 素子形成面 1b 素子電極 2 パッケージ基板(素子搭載基板) 2a 外周部 2b 配線 2c 表面 2d 裏面 2e 基板電極 2f 素子搭載面 2g ビアホール 2h 内部 2i 端部露出配線 2j 端部 2k 配線 3 バンプ 4 リード部 5 キャップ 6 マウント治具 6a 傾斜面

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 バンプを介して半導体素子を搭載する素
    子搭載基板を有した半導体集積回路装置であって、前記
    素子搭載基板が前記半導体素子を搭載する素子搭載面
    と、前記素子搭載面に沿って前記素子搭載基板の内部に
    設けられかつ一端を前記素子搭載面に露出した端部露出
    配線とを備え、前記端部露出配線と前記素子搭載面に設
    けられた基板電極とが直接電気的に接続されていること
    を特徴とする半導体集積回路装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の半導体集積回路装置であ
    って、前記端部露出配線が前記素子搭載基板の表面また
    は裏面に平行に形成され、かつ前記素子搭載基板の素子
    搭載面が前記端部露出配線に対して傾斜して形成されて
    いることを特徴とする半導体集積回路装置。
  3. 【請求項3】 請求項1または2記載の半導体集積回路
    装置であって、前記端部露出配線が高周波の信号線であ
    ることを特徴とする半導体集積回路装置。
  4. 【請求項4】 請求項1,2または3記載の半導体集積
    回路装置であって、前記素子搭載基板がセラミックによ
    って形成されていることを特徴とする半導体集積回路装
    置。
  5. 【請求項5】 請求項1,2,3または4記載の半導体
    集積回路装置の製造方法であって、 前記半導体素子を搭載する素子搭載面と、前記素子搭載
    面に沿って前記素子搭載基板の内部に設けられかつ一端
    を前記素子搭載面に露出した端部露出配線とを備えた素
    子搭載基板を準備する工程、前記半導体素子の素子電極
    と前記素子搭載基板の基板電極とを前記バンプによって
    電気的に接続することにより、前記バンプを介して前記
    半導体素子を前記素子搭載基板の素子搭載面に搭載する
    工程、 を含むことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方
    法。
  6. 【請求項6】 請求項5記載の半導体集積回路装置の製
    造方法であって、前記素子搭載基板の表面または裏面に
    平行に形成された前記端部露出配線を有する前記素子搭
    載基板を用い、かつ前記端部露出配線に対して傾斜して
    形成された前記素子搭載面に前記半導体素子を搭載する
    ことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
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