JP2006510201A - 高密度パッケージ相互接続ワイヤボンドストリップライン及びその方法 - Google Patents

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クリス ウィランド
ワイネ ヌン
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Koninklijke Philips Electronics NV
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Abstract

実施例において、集積回路（１０５）がパッケージ（１００）内に位置され、前記パッケージは信号パッド接続部、電源接続部、及びグランド接続部を有する。下部ストリップライン（１１０）は、ＩＣ（１０５）の第一のグランド接続部（１１０ａ）を第一のパッケージ基板グランド接続部（１１０ｂ）に結合することによって接続される。下部ストリップラインが接続された後、パッケージ基板（１００）上の信号パッド接続部（１２５ｂ）に結合されるデバイスダイ（１０５）上に複数のワイヤ（１２５）が複数の信号パッド（１２５ａ）によって接続され、複数の信号パッド（１２５ａ）は第一のグランド接続部（１１０ａ）に近接してもたらされ、複数のワイヤ（１２５）は下部ストリップライン（１１０）から第一の所定の距離に保持される。複数のワイヤ（１２５）が接続された後、上部ストリップライン（１３０）は、ＩＣ（１０５）の第二のグランド接続部（１３０ａ）を第二のパッケージ基板グランド接続部（１３０ｂ）に結合することによって接続され、上部ストリップラインは複数のワイヤ（１２５）から第二の所定の距離に保持される。

Description

本願は、並行して出願された発明“高密度パッケージ相互接続電源及びグランドストラップ並びにそのための方法（High Density Package Interconnect Power and Ground Strap and Method Therefor）”（代理人整理番号US 02 0511P）に関するものであり、その全文の参照によってここに含まれる。
本発明は、集積回路パッケージングの分野、特に信号接続ワイヤ（ｓｉｇｎａｌ ｂｏｎｄ ｗｉｒｅ）のインピダンスの制御に関する。
ＢＧＡ(Ball Grid Array)パッケージにおいて、ボンド（接続）ワイヤ（bond wire）はデバイスダイ（ｄｉｅ）をパッケージ上のグランドに接続するためにしばしば使用される。多ピンＢＧＡ（high pin count BGA）において、グランドリング（ground ring）が通常使用される。これらのボンドワイヤは、コプレーナ導波管構造体（coplanar waveguide structure）を生成することによって信号ボンドワイヤのインピダンスを制御するためにときとして信号ボンドワイヤにほぼ近接して位置される。
米国特許第5,872,403号公報及び米国特許第6,083,772号公報は、パワー半導体ダイを基板上に実装する構造体及び方法に向けられている。それらは通常、パワー電子機器、より具体的にはパワーデバイスのための低インピダンス大電流導体及びその製造方法に向けられている。
米国特許第6,319,775 B1号公報は、集積回路パッケージを製造する方法、特に導電性ストラップを集積回路ダイ及びリードフレームに付けるためのプロセスに関する。当該特許及び先行する二つの引用文献は全文で参照によって含まれている。
集積回路技術により、基板の所与の領域にもたらされ得るデバイスの密度及び複雑さを増大させることが進められているが、これらのデバイスのパッケージングに重大な課題がもたらされている。例えばコンピュータ用途においてデータバスの幅は１６、３２、及び６４から１２８ビット及びそれより大きなビットに増加してきた。システムにおけるデータの移動の間、バスが同時スイッチング出力部（simultaneously switching outputs (SSO)）を有することは珍しいことではない。ＳＳＯは多くの場合、ＳＳＯの間にもたらされる大きな過渡電流に起因する雑音（ノイズ）を受けるチップの電源及びグランドレールをもたらす。雑音が深刻な場合、グランド及び電源レールは自身の所定の電圧からシフトし、チップにおいて予測不可能な動作をもたらす。
本発明は、多ピンＢＧＡパッケージにおいてインピダンス信号ワイヤを制御することに有用である。パッケージのボンドワイヤを利用すると共にボンドワイヤの上下にグランド面を位置させることによって、ストリップライン構造体が生成される。ストリップラインにおけるボンドワイヤはそれから、グランド面の端部の間で当該ワイヤを接着剤（ｇｌｕｅ）で密封することによってグランド面の間の空間で封止（シール（ｓｅａｌ））される。接着剤はグランド面と信号ワイヤとの間の成形材料（モールディングコンパウンド（molding
compound））の流入（移入）を防止するので、ユーザは、成形材料の誘電率（εr = 4.4）よりも低い空気の誘電率（εr = 1.00）を利用し得る。
実施例において、信号接続部、電源接続部、及びグランド接続部を有する集積回路デバイス（ＩＣ）が、制御されたインピダンスを備える相互接続ワイヤボンド部を有する構造体を設けるために使用される。ＩＣは、信号パッド接続部、電源接続部、及びグランド接続部を有するパッケージ基板内に位置される。下部ストリップラインは、ＩＣの第一のグランド接続部を第一のパッケージ基板グランド接続部に結合することによって接続される。下部ストリップラインが接続された後、パッケージ基板上の信号パッド接続部に結合されるデバイスダイ上に複数のワイヤが複数の信号パッドによって接続され、複数の信号パッドは第一のグランド接続部に近接してもたらされ、複数のワイヤは下部ストリップラインから第一の所定の距離に保持される。複数のワイヤが接続された後、上部ストリップラインは、ＩＣの第二のグランド接続部を第二のパッケージ基板グランド接続部に結合することによって接続され、上部ストリップラインは複数のワイヤから第二の所定の距離に保持される。
更なる利点及び新規な特徴が、後続する記載に示され、以下の検討の際に当業者に部分的に明らかになり、又は本発明の実施例によって示されるであろう。
本発明は添付図面を参照して実施例によって更に詳細に記載される。
本発明は、ＢＧＡパッケージにおいて信号ワイヤのインピダンスを制御するのに有利である。パッケージのボンドワイヤを利用すると共にグランド面をボンドワイヤの上下に位置させることによってストリップラインが生成される。ストリップラインにおけるボンドワイヤはそれから、グランド面の端部の間で当該ワイヤを接着剤で密封することによってグランド面の間の空間で封止される。接着剤はグランド面と信号ワイヤとの間の成形材料の移入を防止するので、ユーザは、成形材料の誘電率（εr = 4.4）よりも低い空気の誘電率（εr = 1.00）を利用し得る。
図１を参照すると、本発明による実施例において低インピダンス電源又はグランド接続部が、信号ワイヤボンド部にほぼ近接してパッケージとデバイスダイとの間に形成される。このことによりワイヤボンドのインピダンスが低減される。例のパッケージ１００においてダイ１０５が付けられている。ボンドワイヤ１２５はダイ１０５上の信号パッド１２５ａを信号パッケージピン１２５ｂに接続する。信号パッド１２５ａの近くの第一のグランドパッド１１０ａは、ダイ１０５上のグランドパッド１１０ａをパッケージグランド１１０ｂに接続する第一のストリップライン１１０を有する。第一のストリップライン１１０は銅又は他の好適な導電性物質から構成されていてもよい。グランドパッド１１０ａ及びパッケージグランド１１０ｂにおいて、半田付け性（ｓｏｌｄｅｒａｂｉｌｉｔｙ）を改善すると共により低いインピダンス接続部をもたらすために銅材は金で被覆されていてもよい。パッケージグランドは、デバイスダイ１０５からパッケージグランドへのグランドワイヤの好都合な接続部をもたらすためにダイを囲うグランドリングであってもよい。短絡を防止するために、ストリップライン１１０の下部１１５又は上部１２０にもたらされる絶縁物質が存在していてもよい。信号パッド１２５ａの近くの第二のグランドパッド１３０ａは、ダイ１０５上のグランドパッド１３０ａを第二のパッケージグランド１３０ｂに接続する第二のストリップライン１３０を有する。第一のストリップライン１１０の場合、第二のストリップライン１３０は絶縁物質下部１３５及び第二のストリップラインの絶縁物質トップ表面１４０を有していてもよい。短絡を防止するのに絶縁物質は有用であるが、本発明による様々なコンポーネントが接続された後、後続する処理ステップがボンドワイヤ及びストリップラインを歪ませるのでそれらは互いに接触することが確実にされ得るいくつかの特定の用途において必要とされない。いくつかの好適な絶縁物質は、アルミニウムボンドワイヤ又は銅ストリップラインによく固着する様々な非導通金属酸化物であってもよい。何れの絶縁でも十分である。
実施例においてユーザはアルミニウムボンドワイヤを使用していてもよい。ボンドワイヤの外側表面は非導電性表面もたらすように酸化されていてもよい。他の実施例において銅、金、又は他の好適な金属（メタル）を有するボンドワイヤが使用されてもよい。しかしながらニッケルのようなボンディング層がもたらされてもよい。ニッケルの場合、アルミニウムは電気めっきされ、それから酸化される。他のコーティング（被覆材）はポリイミド（ｐｏｌｉｉｍｉｄｏ）、ポリアミド（ｐｏｌｙａｍｉｄｅ）、エポキシ（ｅｐｏｘｙ）、熱可塑性材料（ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃｓ）のような様々なプラスティックであってもよい。空間（空き領域（スペース））を節減するために金属酸化物は最も薄くなる。
上記実施例はセラミック又は封止型ＢＧＡパッケージの何れかにもたらされてもよい。セラミックＢＧＡの場合、信号ボンドワイヤと二つのストリップラインとの間の空間は空気で占められ得る。モールドＢＧＡ（ｍｏｌｄｅｄ ＢＧＡ）において成形材料は空間に流れ込み得る。その結果、図１の構造体の場合の誘電率は、セラミックパッケージに対してモールドパッケージの方が高くなり得る。
モールドパッケージで実現される本発明に対する図１の構造体の場合の誘電率における増加をもたらすために、ストリップラインが使用される領域は接着剤で占められ得る。接着剤は第一及び第二のストリップライン並びに信号ボンドワイヤによって生成される空気空間（領域）へのいかなる成形材料の移動（流入）も防止する。本発明による他の実施例における図２を参照すると、ストリップライン構成体２００が、自身の上にもたらされる絶縁分離層２１０を有する下部ストリップライン２０５と、ここでも自身の上にもたらされる絶縁分離層２２０を有する上部ストリップライン２２５とを有する。空気空間２３５は下部ストリップライン２０５と上部ストリップライン２２５とを分離する。ボンドワイヤ２１５は空気空間２３５を占める。接着剤プラグ（栓（ｐｌｕｇ））２３０は空気空間２３５を保護する。接着剤はグランド面と信号ワイヤとの間の成形材料の流入を防止するので、ユーザは、成形材料の誘電率（εr = 4.4）よりも低い空気の誘電率（εr = 1.00）を利用し得る。より低い誘電率を有することによって、より高速な信号伝播が可能になる。実施例において、適切な製造備品（ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ）を備えると共に最小限の多孔質を備えるパッケージング材料を使用して、ストリップライン領域の下に内部真空を構成すると共に保持することが可能になる。他の実施例において部分的な真空が保持され得る。部分的な真空の保持であっても誘電率における低減がもたらされる。
必要とされないが、信号パッドに関するパッケージ及びデバイスにグランドパッドを位置するいくつかの高度な手順は、ユーザが本発明によるストリップラインを実現するのに役立つ。この場合図３に参照すると例のデバイスにおいて、一連のステップ３００が使用され得る。ユーザは、３０５においてデバイスダイ上の信号パッド及びグランドパッドの位置を規定する。３１０において好適なパッケージがデバイスダイのために選択される。３１５において第一のストリップラインがグランドパッド及びパッケージランディング部（ｐａｃｋａｇｅ ｌａｎｄｉｎｇ）に接続される。３２０においてダイ上の信号パッドが、対応するパッケージランディング部に接続される。３２５において第二のストリップラインが、図１及び２に示されている構成体を構成するために信号ボンドワイヤの下に接続される。接地（グランドする）パッド(ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ ｐａｄ)が正確に信号パッドの上下にもたらされない場合、実際上可能な限り近くにもたらされる接地パッドが代わりに使用されてもよい。ストリップラインを有さない保持ボンドワイヤ（Remaining
bond wire）はそれから３３０において接続される。モールドパッケージが使用される場合、信号ワイヤ及びストリップラインストラップの開口部（opening）は３３５において接着剤で封止されるので、空気誘電体は保持され得る。保持ボンドワイヤの接続は３４０におけるデバイスダイの封止に先行して３４０においてなされる。
本発明による他の実施例においてボンドワイヤのインピダンスはストリップラインからのボンドワイヤの距離に対してプロットされている。ワイヤは直径25μmで50μmピッチで接続される。この場合図４を参照して、プロットは、ボンドワイヤからの特定の距離に対してストリップラインを設けることによって得られ得るインピダンス値の範囲を示している。例えば25μmの高さにおいて特性インピダンス（characteristic impedance）Ｚ０は約３０オーム（ohm）になる。約200μmの他の高さにおいて特性インピダンスは約１２０オームになる。５０、７５、及び１００オームの通常使用されるインピダンス値に対して、（プロットから見積もられる）高さはそれぞれ約50、87、及び142μmになる。500μmの他の高さにおいてボンドワイヤの特性インピダンスは約１７０オームになる。この距離からストリップラインは、あたかもストリップラインがもたらされていないような無視され得る効果を有する。
本発明は複数の特定の実施例に関して記載されている一方、当業者は本発明の範囲を逸脱することなく請求項に示される多くの変形がなされてもよいことを認識するであろう。
本発明による実施例の側面図である。 複合材料から構成される本発明の他の実施例の断面図である。 例のプロセスで本発明を実現するステップの概略を示す。 ストリップラインからの高さ対５０μｍピッチにおける２５μｍボンドワイヤのインピダンスのプロットである。

Claims (14)

  1. 信号接続部、電源接続部、及びグランド接続部を有し、パッケージ基板に位置されており、前記パッケージ基板は信号パッド接続部、電源接続部、グランド接続部を有する集積回路デバイスにおいて、制御されたインピダンスを有する相互接続ワイヤボンドを有する構造体を設けるための方法がもたらされ、前記方法は、前記集積回路デバイスの第一のグランド接続部を第一のパッケージ基板グランド接続部に結合する下部ストリップラインを接続するステップと、デバイスダイ上の複数の信号パッドを複数のワイヤに接続し、前記複数の信号パッドを前記パッケージ基板上の信号パッド接続部に結合し、前記複数の信号パッドは前記第一のグランド接続部に近接してもたらされ、前記複数のワイヤは前記下部ストリップラインから第一の所定の距離に保持されるステップと、前記集積回路デバイスの第二のグランド接続部を第二のパッケージ基板グランド接続部に結合する上部ストリップラインを接続し、前記上部ストリップラインは前記複数のワイヤから第二の所定の距離に保持されるステップとを有する方法。
  2. 前記上部ストリップライン及び前記下部ストリップラインにおける開口部を誘電物質で封止し、それによって前記構造体内に空気を閉じこめるステップを更に有する請求項１に記載の方法。
  3. 前記誘電物質が接着剤である請求項２に記載の方法。
  4. パッケージに位置される集積回路デバイスにおけるボンドワイヤのインピダンスを制御するストリップライン構造体であって、前記ストリップライン構造体は、前記集積回路における第一のグランド接続部を前記パッケージにおける第一のグランド接続部に結合する下部ストリップラインと、前記集積回路上の第二のグランド接続部を前記パッケージにおける第二のグランド接続部に結合する上部ストリップラインとを有し、前記下部ストリップライン及び上部ストリップラインは互いから所定の距離離れており、ワイヤの直径が前記所定の距離よりも小さな複数のボンドワイヤを収容する空間が形成され、前記ボンドワイヤは前記上部ストリップライン及び下部ストリップラインに電気的にコンタクトされず、前記ボンドワイヤは前記集積回路上の信号ピンを前記パッケージにおける信号接続部に結合するストリップライン構造体。
  5. 前記上部ストリップライン及び下部ストリップラインが互いに接着され、前記複数のボンドワイヤを収容する空間が気密封止される請求項４に記載のストリップライン構造体。
  6. 前記空間が、真空、部分的な真空、窒素、酸素、アルゴン、キセノン、ネオン、エアロゲル、発泡材のうちの少なくとも一つから選択される誘電体を含む請求項５に記載のストリップライン構造体。
  7. 前記上部ストリップライン及び下部ストリップラインが各々、前記複数のボンドワイヤに近接する側にもたらされる絶縁物質を有する請求項４に記載のストリップライン構造体。
  8. 前記絶縁物質が、ポリイミド、ポリアミド、半田マスク、ポリテトラフルオロエチレン、テフロン（Ｒ）、及びカプトン（Ｒ）のうちの少なくとも一つから選択される請求項７に記載のストリップライン構造体。
  9. 前記複数のボンドワイヤが、アルミニウム酸化物、エポキシ、熱可塑性材料、ポリイミド、及びポリアミドのうちの少なくとも一つから選択される絶縁被覆材でカバーされる請求項４に記載のストリップライン構造体。
  10. 前記上部ストリップライン及び下部ストリップラインが銅から構成される請求項４に記載のストリップライン構造体。
  11. 前記上部ストリップライン及び下部ストリップラインが金から構成される請求項４に記載のストリップライン構造体。
  12. 前記上部ストリップライン及び下部ストリップラインが銀から構成される請求項４に記載のストリップライン構造体。
  13. 前記上部ストリップライン及び下部ストリップラインがアルミニウムから構成される請求項４に記載のストリップライン構造体。
  14. 前記上部ストリップライン及び下部ストリップラインが、銅、金、銀、アルミニウム、及びそれらのアロイから選択される高い導電性物質から構成される請求項４に記載のストリップライン構造体。
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