JP3846777B2 - ボールグリッドアレイパッケージ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はチップスケールのボールグリッドアレイ(Ball Grid Array;以下'BGA'という)パッケージに係り、特にBGAパッケージの印刷回路基板(printed circuit board;以下'PCB'という)に補助的な配線を形成してチップ内部電源を一定に供給するBGAパッケージに関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体集積回路素子の集積度が増加するにつれて入出力ピン数が増加しながら半導体素子の小型化が要求されている。このような要求に応じて開発された半導体パッケージの一つがBGAパッケージである。
【0003】
BGAパッケージはリードフレームを用いたプラスチックパッケージに比べて主基板に実装される時の実装面積が大幅に縮小され、電気的特性に優れた長所がある。
【0004】
BGAパッケージがプラスチックパッケージと違う点は、半導体チップと主基板との電気的接続をリードフレームの代りに回路配線及びソルダボールのような外部接続端子が形成された回路基板とするという点である。
【0005】
半導体チップが取着される回路基板の反対面に外部接続端子が自由に形成され、BGAパッケージはプラスチックパッケージに比べて実装面積がはるかに減る。
【0006】
図1は従来のチップ内部の電源ラインの配線方法を示す。図1を参照すれば、半導体チップ10はメモリチップとして内部電源ライン16、ボンディングパッド15及びバンク11,12,13及び14を具備する。前記内部電源ライン16はそれぞれのバンク11,12,13及び14に内部電源、すなわちワードライン駆動電圧Vpp、ビットライン駆動電圧Vbl、基板などのバックバイアス電圧Vbbを供給する。
【0007】
半導体装置が高集積化されていくと、メモリセルまたは周辺回路に使用されるトランジスタのサイズは小さくなるが、各トランジスタで消耗される電流は減少しないので電圧を供給するラインの幅は相対的に増加する。
【0008】
例えば、ワードラインを駆動する電圧(Vpp:以下“Vpp”という)レベルはイネーブルされるワードラインの位置によって違い、ワードラインを駆動する電圧(Vpp)のディップ(dip)がチップのあらゆる部分で同一でないので、従来はVppレベル差をなくすためにVpp電圧を供給するラインの幅を大きくして抵抗Rを減少させて使用する。しかし電圧を供給するラインの幅が増加すれば、チップのサイズも増加して生産コストを増大させる問題点がある。
【0009】
一方、電圧を供給するラインの幅が小さくなればチップのサイズも減るが、領域A/Bと領域C/Dの内部電源のレベルが変わってチップの動作に悪影響を与える問題点がある。
【0010】
図2は従来のボールグリッドアレイパッケージの平面図である。図2を参照すれば、BGAパッケージは複数のボンディングパッド15を配列した半導体チップ10、前記ボンディングパッド15が外部に露出されるように形成された開口部29と前記ボンディングパッド15が配列された半導体チップ10と接着される下部面及び多数の基板パッド22を有する基板20を具備する。ボンディングパッド15と基板パッド22間は内部連結手段21で接続される。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のBGAパッケージでは、電圧を供給するラインの幅が小さくなって領域A/Bと領域C/Dの内部電源のレベルが変わってチップの動作に悪影響を与える問題をBGAパッケージ上で補償できない問題点があった。
【0012】
従って本発明は、チップの内部電源を一定に供給するBGAパッケージを提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明のBGAパッケージは、BGAパッケージの印刷回路基板(PCB)の補助ルーチング構造を使用して一定の内部電源を供給する。前記BGAパッケージは開口部を有する基板、この基板の上部面に設けられる多数のパッド、前記基板の下部面に取着され多数のボンディングパッドを具備する半導体チップ、前記基板の開口部を通じて少なくとも一つの前記パッドと前記多数のボンディングパッドの少なくとも一つを接続するための内部連結手段と、前記ボンディングパッド及び前記内部連結手段を保護するために前記開口部に充填される充填物質を具備する。
【0014】
前記ボンディングパッドの少なくとも一つは前記基板の補助ルーチング構造をを通じて前記ボンディングパッドの少なくとも他の一つと電気的に連結される。
【0015】
望ましくは前記少なくとも一つのボンディングパッドと前記少なくとも他の一つのボンディングパッドはIVC,Vpp,Vbb,Vblパッドの一つである。
【0016】
本発明の他の形態のBGAパッケージは、ボンディングパッドをチップの内部電源に共通に連結させるための前記チップ内部の第1ルーチング構造と、前記ボンディングパッドが接続されたPCBの第2ルーチング構造とを備える。前記第1ルーチング構造の抵抗値は前記補助ルーチング構造の抵抗値より大きい。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面を参照して本発明の望ましい実施形態を説明することによって本発明を詳細に説明する。各図面において、同一参照符号は同一部分を示す。
【0018】
一般にメモリが大容量化及び高集積化されるにつれて製品の信頼性及び広い電圧領域でチップ特性の低下なしに交流電源と直流電源のパラメータを満足させるために外部電源に関係なく一定の電圧を供給する内部電圧変換装置(internal voltage converter;以下'IVC'という)が使われる。
【0019】
IVCを具備するメモリ装置は、低い電圧領域でメモリ装置の動作による消耗電流により発生する内部動作電圧の低下によって動作速度の低下及び低電圧マージン減少などの特性が低下する場合が生じる。
【0020】
本発明に係るBGAパッケージは補助的な配線を通じて半導体装置の外部から供給される外部電源から作られた内部電源、すなわち、IVCによる電圧IVC、ワードライン駆動電圧Vpp、ビットライン駆動電圧Vbl及び基板などのバックバイアス電圧Vbbなどを一定に維持するものである。
【0021】
図3は、本発明の一実施形態に係る半導体メモリチップ(以下単に半導体メモリという)30の内部電源の配線方法を示す。図3を参照すれば、前記半導体チップ30は多数のバンク(または領域)31,32,33及び34、前記それぞれのバンク31,32,33及び34に内部電源IVC,Vpp,VblまたはVbbを供給するために一定の幅を有するライン36A及び36B及びボンディングパッド35,37A,37B,39A及び39Bを備える。
【0022】
バンク32に内部電源IVC,Vpp,VblまたはVbbを供給するためのライン36Aとバンク31に内部電源IVC,Vpp,VblまたはVbbを供給するライン36Aは互いに連結される場合もあり、分離される場合もある。
【0023】
同様に、バンク33に内部電源IVC,Vpp,VblまたはVbbを供給するライン36Bとバンク34に内部電源IVC,Vpp,VblまたはVbbを供給するライン36Bは互いに連結される場合もあり、分離される場合もある。
【0024】
また、内部電源はライン36Aまたは36B中の一つを通じて前記バンク31,32,33及び34中のいずれか一つに供給される。
【0025】
前記バンク31,32,33及び34の各々はデータを貯蔵するメモリセル及び前記メモリセルのデータを入出力するための周辺回路(図示せず)を含む。
【0026】
一般に前記ボンディングパッド35,37A,37B,39A及び39Bは半導体チップ10の中央部分に一列で配置され、前記半導体チップ10に内部電源または所定の信号を入出力する手段である。
【0027】
前記ライン36Aまたは36Bの所定の部分に本発明の一実施形態に係るボンディングパッド37A,37B,39A及び39Bが連結される。ボンディングパッド37A及び37Bはバンク32及び31に内部電源IVC,Vpp,Vbl,Vbbを供給するためのものであり、ボンディングパッド39A及び39Bはバンク33及び34に内部電源を供給するためのものである。
【0028】
ここでライン36Aまたは36Bが内部電源ラインである場合が説明されたが、ライン36Aまたは36Bが所定の信号を伝達する信号ラインである場合もある。前記ボンディングパッド37A及び39Aの各々は後述するBGAパッケージによって前記ボンディングパッド37B及び39Bと電気的に接続される。
【0029】
図4は本発明の一実施形態に係るボールグリッドアレイパッケージの平面図である。図4を参照すれば、図4は前記図3の半導体チップ30上に開口部49を有する半導体チップサイズの基板40を結合させたものを示す。
【0030】
前記半導体チップ30は非導電性の接着手段、例えば接着剤や接着テープによって前記基板40の下部面と接着される。
【0031】
半導体チップ30上の多数のボンディングパッド35(以下'第1グループボンディングパッド'という)は前記基板40の開口部49を通じて前記基板40の上部面に装着された多数のパッド42と内部連結手段41を通じて電気的に接続される。内部連結手段41にはワイヤボンディングまたはビームリードが使われる。
【0032】
多数のパッド42は外部装置(図示せず)と電気的および機械的に接続されるための外部接続端子(図示せず)を具備し、外部接続端子はソルダボールが使われ、その他の通常の外部接続端子も使われうる。
【0033】
半導体チップ30上の他のボンディングパッド37A,37B,39A及び39B(以下'第2グループボンディングパッド'という)は基板40の補助ルーチング構造43,45を通じて互いに電気的に連結されるが、外部接続端子は具備しない。ボンディングパッド37Aと37Bは補助ルーチング構造45を通じて電気的に接続され、ボンディングパッド39Aと39Bは補助ルーチング構造43を通じて電気的に接続される。ワイヤボンディングまたはビームリードまたは他の同様な構造が基板40の補助ルーチング構造43,45として使われうる。
【0034】
またボンディングパッド35,37A,37B,39A,39Bと内部連結手段41、および基板40の補助ルーチング構造43,45を外部環境から保護するために開口部49および基板40上の所定部分は非導電性の物質で充填またはカプセル化される。
【0035】
BGAパッケージの基板40は単一基板または多層基板でありうる。図4は単一基板の場合が示されている。
【0036】
従って本発明に係る第1グループボンディングパッド35はソルダボールに接続され、第2グループボンディングパッド37A及び37Bまたは39A及び39Bは基板40の補助ルーチング構造45,43に接続される。
【0037】
内部電源IVC,Vpp,VblまたはVbbは第2グループボンディングパッド37A及び37Bまたは39A及び39Bを通じて同時に入力されるので、半導体チップ30の内部で電力を消耗する周辺装置の位置に係る内部電源のディップの影響はかなり減少する。
【0038】
図5は、本発明に係るチップ内部の内部電源と基板の配線の連結関係を具体的に示す。以下では説明の便宜のために内部電源IVC,Vpp,Vbl,VbbのうちVppを例として説明する。
【0039】
図5を参照すれば、Vpp発生器501,503,505及び507が各バンク31,32,33,34別に1つずつあると仮定すれば、それぞれのVppのレベルは各バンク31,32,33,34によって違う。
【0040】
各バンクのVppのレベル差をなくすためにチップ内部のVpp発生器501,503,505,507間に内部ルーチング構造(Rint)が連結されている。内部ルーチング構造の幅はチップ面積のために十分に増加させられないために抵抗が大きい。
【0041】
大きい抵抗のためにVpp発生器501,503,505,507で生じた電圧Vppレベルが一定に維持されるのに長時間がかかる。従って本発明の一実施形態に係るBGAパッケージではBGAパッケージの基板40に補助ルーチング構造(Raux)43,45を形成して電圧差が生じる場合に短時間内にVpp電圧レベルを一定に維持させる。
【0042】
この場合にVpp発生器501,503,505,507間の内部ルーチング構造の抵抗が補助ルーチング構造43,45の抵抗より大きいことが望ましい。
【0043】
したがって、ボンディングパッド37A,37B,39A,39Bと補助ルーチング構造43,45を通じて内部電源IVC,Vpp,VBlまたはVbbを一定にすることができる。
【0044】
本発明に係るBGAパッケージは、電源ライン36Aまたは36Bの幅を減少させうるので半導体チップの大きさを増加させずに半導体チップ内の電源電圧のレベルを安定的に維持させうる。したがって半導体チップサイズの減少は1ウェハ当りネットダイ(net die)数を増加させて半導体チップの生産コストを減少させる。
【0045】
以上、一実施形態を参考にして本発明が説明されたが、これは例示的なものにすぎず、本技術分野の通常の知識を有する者であればこれより多様な変形及び均等な他の実施形態が可能である。したがって、本発明の技術的保護範囲は特許請求の範囲の技術的思想により決まる。
【0046】
【発明の効果】
以上のように本発明に係るBGAパッケージによれば、BGAパッケージの印刷回路基板上の補助ルーチング構造を通じてチップ内部電源を一定に供給する。従ってチップのサイズを増加させずに、チップの高集積化及び超高速化を実現できる長所がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のチップ内部の電源ラインの配線方法を示す平面図である。
【図2】従来のボールグリッドアレイパッケージの平面図である。
【図3】本発明の一実施形態に係るチップ内部の内部電源の配線方法を示す平面図である。
【図4】本発明の一実施形態に係るボールグリッドアレイパッケージの平面図である。
【図5】チップ内部の内部電源と基板の配線の連結関係を具体的に示す図である。
【符号の説明】
30 半導体メモリチップ
35 ボンディングパッド
37A,37B,39A及び39B ボンディングパッド
40 基板
41 内部連結手段
42 パッド
43,45 補助ルーチング構造
49 開口部
Claims (17)
- 開口部を有する基板と、
この基板の上部面に設けられる多数のパッドと、
前記基板の下部面に取着される上部面を有する半導体チップと、
前記基板の開口部を通じて接続される前記半導体チップの前記上部面に配列される多数のボンディングパッドと、
前記基板の開口部を通じて前記パッドの少なくとも一つのパッドと前記ボンディングパッドの少なくとも一つのボンディングパッドを電気的に接続するための内部連結手段と、
前記ボンディングパッドと前記内部連結手段を保護するために前記基板の開口部に充填される充填物と、
前記ボンディングパッドの少なくとも一つのボンディングパッドと前記ボンディングパッドの少なくとも他の一つのボンディングパッドとを電気的に連結するように前記基板上に形成される補助配線構造とを有し、
この補助配線構造で連結される前記複数のボンディングパッドは、半導体チップの複数の回路領域に内部電源を供給する内部電源ラインに接続された複数のボンディングパッドであり、この複数のボンディングパッドを前記補助配線構造で連結することにより、半導体チップ内部電源が半導体チップの複数の回路領域に一定に供給されるようにすることを特徴とするボールグリッドアレイパッケージ。 - 前記補助配線構造により接続される前記少なくとも一つのボンディングパッドと前記少なくとも他の一つのボンディングパッドは内部電圧変換器パッドであることを特徴とする請求項1に記載のボールグリッドアレイパッケージ。
- 前記補助配線構造により接続される前記少なくとも一つのボンディングパッドと前記少なくとも他の一つのボンディングパッドはワードライン駆動電圧パッドであることを特徴とする請求項1に記載のボールグリッドアレイパッケージ。
- 前記補助配線構造により接続される前記少なくとも一つのボンディングパッドと前記少なくとも他の一つのボンディングパッドはバックバイアス電圧パッドであることを特徴とする請求項1に記載のボールグリッドアレイパッケージ。
- 前記補助配線構造により接続される前記少なくとも一つのボンディングパッドと前記少なくとも他の一つのボンディングパッドはビットライン駆動電圧パッドであることを特徴とする請求項1に記載のボールグリッドアレイパッケージ。
- 前記補助配線構造はビームリード(beamlead)を使用して形成されることを特徴とする請求項1に記載のボールグリッドアレイパッケージ。
- 前記多数のボンディングパッドは、
多数の第1ボンディングパッドを具備する第1グループと、
多数の第2ボンディングパッドを具備する第2グループとを具備し、
前記第1グループはBGAパッケージでソルダボールに接続され、前記第2グループは前記補助配線構造に接続されることを特徴とする請求項1に記載のボールグリッドアレイパッケージ。 - 前記第2グループのボンディングパッドは内部電圧変換器パッドであることを特徴とする請求項7に記載のボールグリッドアレイパッケージ。
- 前記第2グループのボンディングパッドはワードライン駆動電圧パッドであることを特徴とする請求項7に記載のボールグリッドアレイパッケージ。
- 前記第2グループのボンディングパッドはバックバイアス電圧パッドであることを特徴とする請求項7に記載のボールグリッドアレイパッケージ。
- 前記第2グループのボンディングパッドはビットライン駆動電圧パッドであることを特徴とする請求項7に記載のボールグリッドアレイパッケージ。
- 半導体チップの内部配線構造の抵抗値が前記補助配線構造の抵抗値より大きいことを特徴とする請求項1に記載のボールグリッドアレイパッケージ。
- ボールグリッドアレイパッケージにおいて、
半導体チップ上のボンディングパッドの少なくとも一つのボンディングパッドと前記ボ ンディングパッドの少なくとも他の一つのボンディングパッドとを電気的に連結するように補助配線構造を有し、この補助配線構造で連結される前記複数のボンディングパッドは、半導体チップの複数の回路領域に内部電源を供給する内部電源ラインに接続された複数のボンディングパッドであり、この複数のボンディングパッドを前記補助配線構造で連結することにより、半導体チップ内部電源が半導体チップの複数の回路領域に一定に供給されるようにするもので、前記補助配線構造としては、
前記半導体チップの内部に第1補助配線構造が設けられるとともに、前記半導体チップ上に取着され内部連結手段を有する基板上に第2補助配線構造が設けられ、
前記第1補助配線構造の抵抗値が前記第2補助配線構造の抵抗値より大きいことを特徴とするボールグリッドアレイパッケージ。 - 前記内部電源は内部電圧変換器電源であることを特徴とする請求項13に記載のボールグリッドアレイパッケージ。
- 前記内部電源はワードライン駆動電源であることを特徴とする請求項13に記載のボールグリッドアレイパッケージ。
- 前記内部電源はビットライン駆動電源であることを特徴とする請求項13に記載のボールグリッドアレイパッケージ。
- 前記内部電源はバックバイアス電源であることを特徴とする請求項13に記載のボールグリッドアレイパッケージ。
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