JPH07503579A - フリップチップ集積回路の背面接地 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 フリップチップ集積回路の背面接地 発明の分野 本発明は、一般的に半導体デバイスパッケージに関し、特に、フリップチップ半 導体デバイスに関する。

発明の背景 シリコン集積回路チップは典型的に密閉された封入容器、例えばチップキャリア やデュアルインラインパッケージ（ＤＩＰ）にパッケージされ、プリント回路基 板上で他の部品と相互接続される。集積回路は、集積回路の能動または上部表面 がキャリア基板に対して反対を向いた状態で、キャリア基板に接続される。ＩＣ と基板との相互接続は典型的に、ＩＣのパッドとプリント回路基板上の回路とを 溶接する細い金属線やワイヤボンドによって行われる。

フリップチップなどの他のパッケージング形状では、集積回路がハンダバンブや 他の金属相互接続の手段によって、直接基板に接着されるものであり、それは能 動面がプリント回路基板に面した状態でマウントされる。

このタイプの相互接続は、費用を削減し、信頼性を向上させ、手作業や自動ワイ ヤボンディングによる低生産性を除去する。さらにこの方法はワイヤボンディン グ方法の場合おける周辺接続の使用の制限がなく、内部接続やアレイ接続にも使 用できる。フリップチップやコントロール・コラプス・ンダ金属端子のフットプ リントを利用する。上下を逆さまにしたフリップチップを基板に整列させて、全 ての内部接続がハンダリフローによって同時に作られる。これはチップの能動面 が上を向き、基板にワイヤボンドされる従来のボンディング方法とは正反対であ る。

チップがこれまでの方法でマウントされると、即ち、ワイヤボンドされると、チ ップの背面接地面への接地接続は、チップの背面接地面とプリント回路基板の接 地との間に導電性接続を形成することによって行うことができる。これは、例え ば導電性エポキシやハンダ手段によって容易に成し遂げることができる。フリッ プチップデバイスでは、接地面が基板がら離れているので、ＩＣの接地面基板の 接地への接続は比較的に困難である。ワイヤボンドによってＩＣの接地と基板の 接地との間を形成するこはできるが、これはフリップチップマウンティング設計 によって実現される利益を損なう。

フリップチップの背面接地と回路の接地との接地接続を達成する方法において、 煩わしくなく、コストがかからず、信頼性のないワイヤボンドを使用しない方法 が必要である。

発明の概要 本発明に関して、簡単に言えば、少なくとも１つの面に金属被膜パターンを有す る基板、および能動面とその反対の面に接地面を有する半導体デバイスから構成 される半導体デバイスパッケージが提供される。半導体デバイスは基板に面した 能動面で基板の金属被膜パターンに電気的に接続される。ポリマー充填材は、半 導体デバイスと基板との空間を実質的に充填する。電気的導電性材料は半導体デ バイスの露出した接地面と、金属被膜パターンの少なくとも一部を覆い、半導体 の接地面と基板上の金属被膜パターンとの電気的接続を提供する。

もうひとつの実施例では、半導体デバイスパッケージがパッドグリッドアレイチ ップキャリア（ｐａｄ　ｇｒｉｄ　ａｒｒａｙ　ｃｈｉｐ　ｃａｒｒｉｅｒ）の 場合である。チップキャリアは、少なくとも１つの表面上に金属被膜パターンと 、フリップチップとを有するプリント回路基板から構成される。フリップチップ は一方の面に能動面を、第２の反対の面には接地面を有する。フリップチップは 能動面がプリント回路基板に面するように金属被膜パターンに電気的に接続され る。充填材はフリップチップと基板の金属被膜パターンとの空間を実質的に充填 し、金属の被膜はフリップチップの接地面と金属被膜パターンのすくなくとも一 部とを電気的に接続する。

図面の簡単な説明 第１図は、本発明に従って背面接地接続で基板にマウントされたフリップチップ の横断面図を表す。

発明の詳細な説明 図１では特定の機能を明確に示すために意図的に拡大しであるが、集積回路１０ は一方の面に能動面１２を有し、他の面に接地面１４を有する。

能動面１２には集積回路に存在する通常の回路の全て、例えば、トランジスタ、 抵抗、アレイ、入出力パッドおよびパッシベーションがある。接地面１４は典型 的に一連の金属面であるがパターンを有することもある。集積回路またはフリッ プチップ１０の能動面１２上の入出力パッド１６は、ハンダバンプ１８をパッド に伺着することにより金属被膜化される。パッドの金属被膜化は、金球をボンデ ィングしたり、他の金属をメッキ又は沈積させることで成し遂げることもできる 。

キャリア基板２０は、フリップチップ集積回路の入出力パッドおよびハンダバン プ１８に対応し７て金属被膜パターンまたは導電パターン２２を有する。さらに 、基板２０も接地平面、１つのランナまたは複数のランナからなる接地接続２６ を有する。基板は、ＦＲ−４、強化ポリイミド樹脂、強化ポリエステル、フルオ ロポリマ、ＣＥＭ、紙フェノール、ＫＡ円−ＯＮ　（商標）、あるいはセラミッ ク材料のような、硬質またはフレキシブルプリント回路基板材である。好適実施 例では基板２０はプリント回路基板材料であり、チップキャリアを形成するよう に、集積回路とほぼ同一あるいはやや大きめのサイズである。チップキャリアは 典型的にリードレスであり、キャリア基板の下面の配列上に配置された複数のハ ンダ付は可能な接点を有する周辺型（ｐｅｒｉｍｅｔｅｒ　ｔｙｐｅ）　、のキ ャリアまたはパッドグリッドアレイチップである。またはピンが基板上に配置さ れることもある。他の実施例ではキャリア基板２０はずっと大きくして、たとえ ば通常プリント回路基板上にあるような抵抗、コンデンサ、スイッチなどの他の 部品を有してもよい。

集積回路１０は能動面１２が金属被膜パターン２２に面するような状態で、基板 ２０に接続される。ＩＣｌ０と基板２０との相互接続は、ハンダバンプ１８を基 板のパッド２２と整合させ、リフローさせることによって接続される。

集積回路１０を基板２０に接続した後、フリップチップの組立体は封止材３０で 下面充填される。液体ポリマー、典型的にエポキシ、ウレタン、アクリルがフリ ップチップと基板との間に形成された隙間に加えられる。

封止材３０は、ＩＣｌ０の周囲に加えられるか、または基板にあるホール２４と 通して基板の背面から加えることができる。充填材の例としては、米国特許第４ ．９９９．６９９９号に見い出すことができる。充填ポリマー材３０はフリップ チップＩＣの能動面１２の外界からの保護に役立ち、かつフリップチップの基板 への接着を機械的に助ける。充填材３０はフリップチップと基板との間の空間を 充填し、またフリップチップの周囲を越えて一定の距離まで延在する。表面張力 および界面活性要素が、へこみすみ肉（ｃｏｎｃａｖｅｆｉｌｌｅｔ）　２８を フリップチップの周囲に形成させる。液体ポリマー材３０はその後、熱的硬化を させるためにオーブンの中に移すような適切な手段によって、または２種の材料 の場合には室温によって、紫外線によって、放射線によって、あるいは高周波エ ネルギーによって硬化される。

フリップチップ１０の背面接地１４を基板２０の接地２６に接続するために、導 電性材料の一連のフィルムまたは被膜がフリップチップおよび基板上に加えられ る。導電性材料３５の被膜が加えられ、フリップチップＩＣ。

充填材のへこみすみ肉、基板２０の一部および基板の接地接続２６を覆う。

このようにして基板接地２６とＩＣの背面接地１４とが接続される。導電被膜３ ５は、要求されるパッケージに応じて様々の形態がある。例えば、パッドアレイ チップキャリアが組み立てられる場合は、導電被膜３５は銅、アルミニューム、 チタン、クロムまたはニッケルのようなスパッタ金属フィルムである。スパッタ フィルム３５は、導電性を向上させ剥離に対する機械的抵抗を強めるために、銅 などの金属を無電解メッキまたは電解メッキする方法によって付加的にメッキさ れる。もしフリップチップＩＣｌ０が付加的な部品を有する回路ボードやマザー ボードのような大きな組立部品の一部分である場合は、導電被膜３５はＩＣ上や ＩＣまたは基板上に施されたスクリーン印刷の導電エポキシによって電気的に形 成される。導電ポリマーの例としては金属入りエポキシ、銅、ニッケル、銀、金 、鋼、ステンレス鋼、他の金属を含有するウレタンである。

充填材３０をフリップチップ１０と基板２０との間に加える際、充填材がフリッ プチップを越えて基板上の接地接続２６を覆うまで延在させないことは大変重要 である。これを防ぐ簡易な方法として、充填材の拡がりを防ぐために接地ピンの 領域に肉寄せ材を加えることである。集積回路を封入する場合に肉寄せ材または 障壁を使用することは、米国特許第４．８４３．０３６号で開示されており、参 考まで本明細書に組み入れられる。同一の技術は充填材を加えるときにも使用さ れる。さらに、接地２６も充填材３０が接地を覆うことを防ぐために、フォトレ ジストまたはラテックスマスクのような一時的にマスキングで覆ってもよい。充 填材は後に機械的剥離によって、科学的エツチングによって、またはレーザービ ームによって除去される。いずれにしても基板１０上の接地接続２６は汚染され ることなく導電材３５によって背面接地１４に有効に接続されなければならない 。

このように、フリップチップＩＣの背面接地と基板接地との簡単で丈夫な接続を 、容易かつ経済的に作ることができる。このような接続は、ワイヤボンディング の必要性をなくし、さらに環境損傷から能動面および集積回路を保護するパッケ ージを提供する。これらの例は説明の方法に沿って紹介してきたが、その方法に 制限されるものではなく、本発明は添付の請求の範囲以外により限定されるもの ではない。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．半導体デバイスパッケージであって、少なくとも第１表面上に金属被膜パタ ーンを有する基板；第１面上に能動面および反対の第２面上に接地面を有する半 導体デバイスであって、前記半導体デバイスは前記基板の金属被膜パターンに対 し、その能動面が前記基板第１表面と向かい合うようにして、電気的に接続され る半導体デバイス； 前記半導体デバイスと前記基板金属被膜パターンとの間の空間を実質的に充填す るポリマー充填材；および 前記金属被膜パターンの少なくとも一部で前記半導体デバイスの接地面を覆う電 気的導電材であって、前記接地面と前記金属被膜パターンの一部とを電気的に接 続する電気的導電材； から構成される半導体デバイスパッケージ。 ２．前記電気的導電材が前記ポリマー充填材の一部分および前記基板の一部分を 覆う請求項１記載の半導体デバイスパッケージ。 ３．前記基板がセラミック、フレキシブルフイルム、またはＦＲ−４、ポリイミ ド樹脂、ＣＥＭ、紙フェノールまたはフルオロポリマーから選択されるプリント 回路基板材料である請求項１記載の半導体デバイスパッケージ。 ４．パッドグリッドアレイチップキャリアであって、少なくとも第１面上に金属 被膜パターンを有するプリント回路基板；第１面上に能動面および反対の第２面 上に接地面を有するフリップチップであって、前記フリップチップは前記プリン ト回路基板の第１面に面する前記能動面において前記金属被膜パターンに電気的 に接続されるフリップチップ； 前記フリップチップと前記基板金属被膜パターンとの間の空間を実質的に充填す る充填材；および 前記金属被膜パターンの少なくとも一部分で前記フリップチップの接地面を電気 的に接続する金属被膜； から構成されるパッドグリッドアレイチップキャリア５．前記金属被膜が前記充 填材の一部分、および前記プリント回路基板の一部分も覆う請求項４記載のパッ ドグリッドアレイチップキャリア。 ６．前記基板がＦＲ−４、ポリイミド樹脂、ＣＥＭ、紙フェノールまたはフルオ ロポリマーから選択されるプリント回路基板である請求項４記載のパッドグリッ ドアレイチップキャリア。 ７．前記基板が前記フリップチップと実質的に同一サイズであり、チップキャリ アを形成する請求項４記載のパッドグリッドアレイチップキャリア。