JP2004128155A - 半導体パッケージ - Google Patents

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substrate
connection
solder balls
semiconductor chip
semiconductor package
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English (en)
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Kazunari Michii
道井　一成
Jun Shibata
柴田　潤
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Renesas Technology Corp
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Renesas Technology Corp
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Abstract

【課題】パッケージ全体のサイズを小さく抑えつつ、メモリ容量の大容量化を図り、なおかつ、上段下段間での伝送遅れのない半導体パッケージを提供する。
【解決手段】半導体パッケージは、開口部を有する上段基板１３ａと、上段基板１３ａの下側に配置された基板間接続用の半田ボール５と、そのさらに下側に配置され、開口部を有する下段基板１３ｂと、下段基板１３ｂの下面に接続された外部接続用の半田ボール６と、各基板に貼り付けられた半導体チップ７ａ，７ｂとを備え、半導体チップ７ａ，７ｂは、各基板の開口部を通じて半田ボール５に電気的に接続されており、基板間接続用の半田ボール５は、外部接続用の半田ボール６に電気的に接続されている。
【選択図】　　　　図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体パッケージに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
パーソナルコンピュータの高機能化に伴い、半導体パッケージにはメモリの大容量化および高速化が要求される。高速化に対応した半導体パッケージとしては、パッケージ内の配線距離が短く済むＢＧＡ（Ｂａｌｌ　Ｇｒｉｄ　Ａｒｒａｙ）パッケージが一般的である。
【０００３】
メモリとして使用される半導体チップの代表的なものとしてＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）がある。ＤＲＡＭは一般的にチップの主表面の中央部にボンディングパッドが配置されている。そのため、ＤＲＡＭを基板に搭載する際には、基板に窓枠のような開口部を設け、この開口部からＤＲＡＭのボンディングパッドの配置された部分が見えるようにＤＲＡＭを基板に接合する。ここで説明の便宜のために、ＤＲＡＭは基板の上側に重ねられていてボンディングパッドを下に向けて基板の開口部から露出させていると仮定する。基板の下面のうち開口部の周囲にもボンディングパッドが設けられている。この開口部を通じて、ＤＲＡＭ側のボンディングパッドと基板側のボンディングパッドとをワイヤで接続する。その後、ＤＲＡＭの下面のボンディングパッドが配置された部分とワイヤとを共に包み込むように開口部を樹脂で封止する。また、ＤＲＡＭの上側も保護のために樹脂で封止する。基板の下面には外部接続用の半田ボールが設けられている。この状態のものを一般にＢＧＡパッケージと呼んでいる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−２１６１８２号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開平４−３４０２６７号公報
【０００６】
【特許文献３】
特開平５−８２７１９号公報
【０００７】
【特許文献４】
特開２０００−３４０７３７号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
メモリ容量の大容量化を図るためには、上述のＢＧＡパッケージを積層実装するという手法が考えられる。２つのＢＧＡパッケージを単純に積層して積層パッケージとすることを考えた場合、上段のＢＧＡパッケージの下面にはワイヤボンディング部の保護のための樹脂封止部が突出しており、下段のＢＧＡパッケージの上面にはＤＲＡＭ本体の保護のための樹脂封止部が突出している。このため、２つのＢＧＡパッケージを積み重ねた場合、上下の基板からそれぞれ突出する樹脂封止部の高さに起因して基板同士の間隔がどうしても広くならざるを得ない。上下の基板同士を上段のＢＧＡパッケージの外部接続用の半田ボールで接続しようとした場合、径の大きな半田ボールを使用する必要が生じる。積層パッケージが占める面積の小型化のためには、半田ボールの配列は、基板間接続用の半田ボールといえども片側当たり１列であることが好ましい。ただし、１列とすると、半田ボール同士の間隔が狭くなり、短絡しやすくなる。さらに、このような積層パッケージの場合、外部接続用の半田ボールから上下の各々のＢＧＡパッケージに含まれるＤＲＡＭまでの配線距離を考えると、上段のものの方が下段のものに比べて大幅に長いことになり、信号の伝送遅れが生じるようになる。
【０００９】
そこで、本発明は、パッケージ全体のサイズを小さく抑えつつ、メモリ容量の大容量化を図り、なおかつ、上段下段間での伝送遅れのない半導体パッケージを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に基づく半導体パッケージは、開口部を有する上段基板と、上記上段基板の下側に配置された基板間接続用半田ボールと、上記基板間接続用半田ボールの下側に配置され、開口部を有する下段基板と、上記下段基板の下面に接続された外部接続用半田ボールと、上記上段基板の上面に配置された第１半導体チップと、上記下段基板の下面に配置された第２半導体チップとを備える。上記第１半導体チップは、上記上段基板の開口部を通じて上記基板間接続用半田ボールに電気的に接続されている。上記第２半導体チップは、上記下段基板の開口部を通じて上記基板間接続用半田ボールに電気的に接続されている。上記基板間接続用半田ボールは、上記外部接続用半田ボールに電気的に接続されている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
（構成）
〔全体〕
図１〜図８を参照して、本発明に基づく実施の形態１における半導体パッケージについて説明する。この半導体パッケージの平面図を図１に示し、裏面図を図３に示す。同じく正面図を図４に示し、側面図を図２に示す。このうち図１または図２におけるＶ−Ｖ線に関する矢視断面図を模式化して図５に示す。図５に示されるように、この半導体パッケージは、上段基板１３ａと、その上側に半田ボール５を介して接続された下段基板１３ｂとを備えている。上段基板１３ａおよび下段基板１３ｂはそれぞれ中央に開口部を有している。上段基板１３ａおよび下段基板１３ｂは開口部の周囲の表面にボンディングパッドを有している。図５の姿勢においては、上段基板１３ａおよび下段基板１３ｂはボンディングパッドをお互いに対向させる向きに配置されている。
【００１２】
〔半導体チップ〕
半導体チップ７ａ，７ｂは、たとえばＤＲＡＭであり、それぞれ主表面の中央に複数のボンディングパッドが配置された構造をしている。半導体チップ７ａは、上段基板１３ａの開口部から下向きにボンディングパッドを露出させるように、上段基板１３ａの上面に貼り付けられている。半導体チップ７ｂは、下段基板１３ｂの開口部から上向きにボンディングパッドを露出させるように、下段基板１３ｂの下面に貼り付けられている。すなわち、半導体チップ７ａ，７ｂは、ボンディングパッドをお互いに対向させる向きに配置されている。
【００１３】
〔樹脂封止部〕
半導体チップ７ａ，７ｂのボンディングパッドと、上段基板１３ａおよび下段基板１３ｂのボンディングパッドとの間は、図５に示すようにワイヤ１２によって電気的に接続されている。このワイヤボンディングが行なわれている部分は、樹脂によって封止され、上下それぞれ樹脂封止部４ａ，４ｂとなっている。樹脂封止部４ａと樹脂封止部４ｂとは、上下に近接しているがつながっているわけではなく別々に形成された樹脂部分である。
【００１４】
上段基板１３ａの上側においては、半導体チップ７ａの本体を保護する目的で、半導体チップ７ａの本体を覆うように樹脂封止部３ａが形成されている。下段基板１３ｂの下側においては、半導体チップ７ｂの本体を覆う樹脂部は存在しない。
【００１５】
下段基板１３ｂの下面の外縁付近においては、外部接続用の半田ボール６が配置されている。
【００１６】
〔ランドの配置〕
上段基板１３ａの下面には複数のランド１１ａが配置され、下段基板１３ｂの上面にも複数のランド１１ｂが配置されている。本実施の形態における半導体パッケージを上下のＢＧＡパッケージに分割した状態で、上段基板１３ａの下面を下から見たところを図６に示し、下段基板１３ｂの上面を上から見たところを図７に示す。図６と図７とを比較すると、ランド１１ａとランド１１ｂとは、互いに鏡像関係、すなわちいわゆるミラー対称になるように配置されている。したがって、上段基板１３ａと下段基板１３ｂとを貼り合せたときに、ランド同士がそれぞれ対向することとなる。ランド同士がそれぞれ向かい合う箇所においては、間に半田ボール５を挟みこむ形でランド同士の電気的接続が行なわれる。この様子は、図５においては右端の半田ボール５を例にとって部分的に詳しく図示されている。ランド１１ｂから延びる信号経路は、下段基板１３ｂの中を貫通するスルーホール１４を介して下段基板１３ｂの下面に電気的に引き出されており、いずれかの半田ボール６に接続されている。
【００１７】
各ランド１１ａ，１１ｂは、図６および図７に示すように、基板表面に配置された基板配線１０ａ，１０ｂによってそれぞれいずれかのボンディングパッド９ａ，９ｂと電気的に接続されている。
【００１８】
なお、すべてのランドがミラー対称であるとは限らない。ミラー対称な関係にあるランドが複数のランドのうち一部であって、他の一部のランドが上下で異なっているような配置であってもよい。
【００１９】
〔ワイヤの接続パターン〕
図６に示すように、上側の半導体チップ７ａのボンディングパッド８ａが上段基板１３ａの開口部１５ａから露出しており、図７に示すように、下側の半導体チップ７ｂのボンディングパッド８ｂが下段基板１３ｂの開口部１５ｂから露出している。図６に示すように、ボンディングパッド８ａとボンディングパッド９ａとがワイヤ１２で接続され、図７に示すように、ボンディングパッド８ｂとボンディングパッド９ｂとがワイヤ１２で接続されている。図６と図７とを見比べればわかるように、ワイヤ１２の接続パターンは、上段と下段とで互いに逆となっている。このようにワイヤ１２の接続パターンを上下段で変えることによって、半導体チップのボンディングパッドの配置パターンを上下段共通としたまま、上下段で互いにミラー対称な配置になっているランドに適正に対応した接続を実現している。
【００２０】
〔具体的な寸法〕
本実施の形態の一例として、具体的な寸法を示す。この例では、樹脂封止部４ａ，４ｂの基板表面からの突出する高さは、０．１５ｍｍ以下とする。半田ボール５を接続するために各基板に設けるランドの配置ピッチは０．８ｍｍとする。半田ボール５の径は０．４５ｍｍとする。ただし、これは、樹脂封止部４ａ，４ｂの基板表面からの高さの合計が０．３ｍｍの場合の話であり、樹脂封止部４ａ，４ｂの基板表面からの高さの合計がこれより小さければ、半田ボール５の径をより小さくすることも可能である。
【００２１】
外部接続用の半田ボール６はピッチ０．５ｍｍで片側当たり１列の配置とする。ピッチが０．５ｍｍという場合、短絡を起こさないためには半田ボール６の径は０．３ｍｍ前後であってもよい。したがって、下段基板１３ｂの下側における半導体チップ７ｂの基板表面から突出する高さは０．２５ｍｍ以下とする。
【００２２】
（作用・効果）
本実施の形態における半導体パッケージでは、ワイヤ接続部の樹脂封止部４ａ，４ｂが互いに対向する向きに配置して積層している。ワイヤ１２を覆う樹脂封止部が基板表面から突出する高さは、半導体チップ７ａ，７ｂの本体を覆う樹脂封止部が基板表面から突出する高さより一般に低いため、本実施の形態における半導体パッケージでは、従来の積層構造に比べて上下の基板間の距離を小さくすることができる。したがって、基板間の接続に用いる半田ボール５として径の小さなものを使用することができる。そのため、半田ボール５の配置ピッチを小さくすることができる。その結果、半田ボール５の配置に必要な面積を小さく抑えることができる。
【００２３】
本実施の形態における半導体パッケージでは、下段基板１３ｂの下側に突出する半導体チップ７ｂの本体は、半田ボール６よりも低くしか突出しておらず、あえて保護する必要性が低いため、樹脂封止していない。そのため、下段基板１３ｂの下面に配置する外部接続用の半田ボール６としても径の小さなものを使用することができる。そのため、半田ボール６の配置ピッチを小さくすることができる。その結果、半田ボール６の配置に必要な面積を小さく抑えることができる。
【００２４】
本実施の形態における半導体パッケージでは、ワイヤ１２の接続パターンを上下段で変えることによって、半導体チップのボンディングパッドの配置パターンを上下段共通としたまま、上下段で互いにミラー対称な配置になっているランドに適正に対応した接続を実現しているので、半導体チップに関してはミラー対称な製品を用意する必要がなく、共通のものを使用することができ、効率的である。
【００２５】
本実施の形態における半導体パッケージでは、図８における太線Ｃ，Ｄで示すように、上下の半導体チップとも、外部接続用の電極までの配線距離がほぼ等しくなる。したがって、上下間での伝送遅れの問題を解消することができる。
【００２６】
（実施の形態２）
（構成）
図９〜図１１を参照して、本発明に基づく実施の形態２における半導体パッケージについて説明する。本実施の形態における半導体パッケージは、基本的構造は実施の形態１で説明したものと同様であるが、いくつかの点において異なる。まず、外部接続用の半田ボール６の配置が異なる。すなわち、図９に示すように片側当たり２列となっており、ジグザグ状に配置されている。具体的寸法は、図９に示したように、長手方向のピッチが０．８ｍｍ、外側の列と内側の列との間の中心間距離が０．６９ｍｍとなっている。外側の列と内側の列との間では配置は０．４ｍｍずれている。
【００２７】
次に、半導体チップ７ｂを覆う樹脂封止部３ｂが設けられている点も実施の形態１とは異なる。
【００２８】
（作用・効果）
このように外部接続用の半田ボール６を片側当たり２列でジグザグ状に配置することとすれば、パッケージ幅をわずかに広げるだけで配置できる半田ボールの数を大幅に増やすことができる。
【００２９】
また、上述したように半田ボール６の長手方向のピッチが０．８ｍｍの場合、短絡を起こさないためには半田ボール６の径は０．４５ｍｍ前後であってもよい。したがって、実施の形態１で０．３ｍｍ前後の径の半田ボールを用いたのに対して、本実施の形態では、より大きな０．４５ｍｍ前後の径の半田ボールを用いることができる。外部接続用の半田ボールの径が大きくなることにより、下段基板１３ｂの下側において許される樹脂封止部の突出高さの上限は実施の形態１の０．２５ｍｍから０．３５ｍｍへと緩和される。したがって、下方に突出する半導体チップ７ｂにおいてもその本体を保護するために樹脂で覆うこととしてもよい。図１１において樹脂封止部３ｂが設けられているのはこのような理由からである。
【００３０】
なお、外部接続用の半田ボールを片側当たり２列とした場合であっても、ジグザグ状とする以外の配列であってもよい。ただし、ジグザグ状とすればより高密度に配置できるので好ましい。
【００３１】
また、本実施の形態のように外部接続用の半田ボールを片側当たり２列とした場合であっても、下方に突出する半導体チップ７ｂに樹脂封止部３ｂを設けるか否かは適宜選択してよい。
【００３２】
なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、従来のＢＧＡパッケージを同じ向きで積層しただけの構造に比べて上下の基板間の距離を小さくすることができる。したがって、基板間の接続に用いる半田ボールとして径の小さなものを使用することができる。そのため、半田ボールの配置ピッチを小さくすることができる。その結果、半田ボールの配置に必要な面積を小さく抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく実施の形態１における半導体パッケージの平面図である。
【図２】本発明に基づく実施の形態１における半導体パッケージの側面図である。
【図３】本発明に基づく実施の形態１における半導体パッケージの裏面図である。
【図４】本発明に基づく実施の形態１における半導体パッケージの正面図である。
【図５】図１のＶ−Ｖ線に関する矢視断面図である。
【図６】本発明に基づく実施の形態１における半導体パッケージを上下２つのＢＧＡパッケージに分割し、表示の便宜のために樹脂封止部を取り去った状態の上側のＢＧＡパッケージの裏面図である。
【図７】本発明に基づく実施の形態１における半導体パッケージを上下２つのＢＧＡパッケージに分割、表示の便宜のために樹脂封止部を取り去った状態の下側のＢＧＡパッケージの平面図である。
【図８】本発明に基づく実施の形態１における半導体パッケージの上下の半導体チップに関する配線長さの説明図である。
【図９】本発明に基づく実施の形態２における半導体パッケージの裏面図である。
【図１０】本発明に基づく実施の形態２における半導体パッケージの正面図である。
【図１１】本発明に基づく実施の形態２における半導体パッケージの断面図である。
【符号の説明】
３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂ　樹脂封止部、５　（基板間を接続する）半田ボール、６　（外部接続用の）半田ボール、７ａ　（上段の）半導体チップ、７ｂ　（下段の）半導体チップ、８ａ，８ｂ　（半導体チップ側の）ボンディングパッド、９ａ，９ｂ　（基板側の）ボンディングパッド、１０ａ，１０ｂ　基板配線、１１ａ，１１ｂ　ランド、１２　ワイヤ、１３ａ　上段基板、１３ｂ　下段基板、１４　スルーホール、１５ａ，１５ｂ　開口部。

Claims (4)

  1. 開口部を有する上段基板と、
    前記上段基板の下側に配置された基板間接続用半田ボールと、
    前記基板間接続用半田ボールの下側に配置され、開口部を有する下段基板と、
    前記下段基板の下面に接続された外部接続用半田ボールと、
    前記上段基板の上面に配置された第１半導体チップと、
    前記下段基板の下面に配置された第２半導体チップとを備え、
    前記第１半導体チップは、前記上段基板の開口部を通じて前記基板間接続用半田ボールに電気的に接続されており、前記第２半導体チップは、前記下段基板の開口部を通じて前記基板間接続用半田ボールに電気的に接続されており、前記基板間接続用半田ボールは、前記外部接続用半田ボールに電気的に接続されている、半導体パッケージ。
  2. 前記上段基板の下面の配線パターンを下方から見たものと、前記下段基板の上面の配線パターンを上方から見たものとは、互いに鏡像関係にある領域を含む、請求項１に記載の半導体パッケージ。
  3. 前記第１半導体チップと前記基板間接続用半田ボールとの電気的接続、および、前記第２半導体チップと前記基板間接続用半田ボールとの電気的接続は、それぞれワイヤによって半導体チップ側ボンディングパッドと、基板側ボンディングパッドとを接続することによって行なわれており、前記第１半導体チップと前記基板間接続用半田ボールとの間の前記ワイヤの接続パターンを下から見たものと、前記第２半導体チップと前記基板間接続用半田ボールとの間の前記ワイヤの接続パターンを上から見たものとは、互いに逆になっている領域を含む、請求項２に記載の半導体パッケージ。
  4. 前記外部接続用半田ボールは片側当たり２列でジグザグ状に配置されている、請求項３に記載の半導体パッケージ。
JP2002288967A 2002-10-01 2002-10-01 半導体パッケージ Withdrawn JP2004128155A (ja)

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