JPH0846076A - 半導体パッケージのパッキング構造 - Google Patents

半導体パッケージのパッキング構造

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JPH0846076A
JPH0846076A JP7143110A JP14311095A JPH0846076A JP H0846076 A JPH0846076 A JP H0846076A JP 7143110 A JP7143110 A JP 7143110A JP 14311095 A JP14311095 A JP 14311095A JP H0846076 A JPH0846076 A JP H0846076A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 実装した半導体パッケージの全体インピーダ
ンスを減少して、半導体パッケージのノイズを減少する
とともに、半導体パッケージの高速動作を可能とした半
導体パッケージのパッキング構造を提供する。 【構成】 実装する半導体パッケージ20のダイパッド
23と、そのダイパッドに対応する領域の表面上に導電
性パターン32が形成された印刷回路基板38と、ダイ
パッドと導電性パターンとの両端子の間に形成された誘
電体薄膜31または導電層41とから成り、その両端子
間は電圧差を生じるように、または生じないように並列
し電気的に連結される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体パッケージのパッ
キング構造に関し、特に、リードフレームのダイパッド
の下部面が露出されている表面実装形の半導体パッケー
ジが印刷回路基板上にパッキングされる構造において、
ダイパッドの下方の印刷回路基板上に導電性パターンが
形成され、その導電性パターンとダイパッドの両端子の
間に非伝導性薄膜を形成してその両端子に電圧差を生じ
るように電気的に連結し、若しくは両端子間に導電層を
形成して電圧差を生じないように電気的に連結すること
によって、その半導体パッケージの実装密度を減少させ
ることなくノイズを減少させるようにした半導体パッケ
ージのパッキング構造に関する。
【0002】
【従来の技術】最近では、パーソナルコンピュータ等に
半導体パッケージを高密度に実装するために、モジュー
ルパッケージおよび表面実装形パッケージの小形化およ
び薄形化が要求されている。そこで、TSOP(thin s
mall outline package)、UTSOP(ultra thin sma
ll outline package)等のような小型・薄膜パッケージ
が開発されており、このようなパッケージの大部分はコ
ンピューターの主記憶装置に主として使用されている。
集積回路の集積度の増加は、集積回路のための要素とそ
の要素をそれぞれ連結する金属の配線を単結晶シリコン
基板に2次元的により微細に形成したり、または半導体
チップの面積を増加させることによって行われている。
しかし、その単結晶シリコン基板にそれぞれの要素と配
線を2次元的に形成して集積回路の集積度を増加させる
ことは、その単結晶シリコン基板に適用される製造工程
の技術上の困難性のため限界にある。また、半導体チッ
プの面積を増加させて集積回路の集積度を増加させるこ
とはパッケージが占有する面積と重量が増加するという
問題を伴なう。
【0003】このような問題を解決するために、印刷回
路基板にパッケージ化された高密度のモジュールを実装
したり、または3次元的に高密度のチップを積層して集
積度を増加させる方法が登場した。なお、印刷回路基板
上への高密度の実装は複数の表面実装形の半導体チップ
やTAB(Tape Automated Bonding)パッケージを装着
することによって行なうことができる。
【0004】一方、集積回路の高集積化の進行に伴っ
て、半導体素子の性能を改善するために、より迅速な速
度で同時に出力駆動回路をスイッチングすることが必要
となった。また、このようなスイッチング速度の増加は
半導体素子の電気的なノイズの増加を誘発することにな
るので、スイッチング速度の増加によるノイズの水準を
最小化するための各種の方法が提案されている。
【0005】その中の一つの方法は、Michael B. Brown
の米国特許第4,945,399 号明細書に開示されているよう
に、関連する電圧ピン間に減結合コンデンサ(decoupli
ng capacitor) として別個のキャパシタを結合すること
である。すなわち、図8に示すように、フリップチップ
キャリアパッケージ10は、半導体チップ11と、その
半導体チップ11の実装に適合する印刷回路基板13と
からなっている。
【0006】前記基板13の表面上には、第1金属層1
4と誘電体薄膜15と第2金属層16が順次に形成され
ており、半導体チップ11のボンディングパッド(図示
せず)は、金属の半田づけバンプ18a,18cを介し
てその第2金属層16上のパッド17a,17cに電気
的に連結されているとともに、半田づけバンプ18bに
よってその第2金属層16と誘電体薄膜15に形成され
た貫通孔を通して第1金属層14上のパッド17bに電
気的に連結されている。第1,第2金属層14,16は
それぞれVss,Vcc電圧のピン19a,19bに電気的
に連結されており、半導体チップ11は前記パッド17
a,17b,17cを介して信号および電力の供給を受
ける。
【0007】前記のようなキャパシタは複数の電源線や
大形電源バスによって電気的に連結されている。この電
源線は高いインダクタンスパスを示している。また、電
線に流れる電流が増加すると電圧はさらに降下する。そ
こで、電圧の降下は望ましくない電力分配ノイズにな
る。
【0008】したがって、半導体チップに関連する電線
の配置や個別キャパシタの大きさを考慮して見るとき、
電源経路の有効インダクタンスを減らすために可能な限
り電圧降下やノイズが生じないようにキャパシタを配列
することは非常に難しく、また、これらのノイズ除去用
のキャパシタは高周波の低インダクタンスのキャパシタ
であり、その価格も高いので、高集積回路の製造単価が
増加するという問題が伴なう。なお、これを克服するた
めにキャパシタをパッケージの下部に設けることもでき
るが、半導体パッケージが薄い場合にはパッケージの下
部にキャパシタを設けることが不可能である。
【0009】さらに、図9(A)に示すように、TSO
PやSOJ(small outline J-bendpackage)のような
従来の半導体パッケージ20においては、半導体チップ
21が接着剤22によってリードフレームのダイパッド
23の上部面上に接着されており、その半導体チップ2
1のボンディングパッド(図示せず)がそれぞれボンデ
ィングワイヤ24によってリードフレームの内部リード
25に電気的に連結されており、リードフレームの外部
リード27を除いた半導体チップ21,ダイパッド23
およびボンディングワイヤ24を外部環境から保護する
ためにエポキシ系のモールディングコンパウンドからな
る成形体26に封止されているが、ダイパッド23の下
部面は成形体26の下部面から露出している。そして、
外部リード27は電源と信号の供給ラインが4層に形成
された印刷回路基板28の上部面上のランドパターン2
9に電気的に連結されて前記半導体パッケージ20が印
刷回路基板28上に実装される。
【0010】図9(B)を参照すると、半導体チップ2
1がリードフレームのダイパッド23の上部面上に接着
されており、接地端子23a,23bがそのダイパッド
23の両側にそれぞれ一体に連結されており、半導体チ
ップ21の端部に形成されたボンディングパッド21
a,21bは印刷回路基板28上のVcc,Vss電圧端子
に該当する内部リード25a,25bにボンディングワ
イヤ24を介してそれぞれ電気的に連結されている。こ
のとき、内部リード25a,25bはそれぞれダイパッ
ド23に一体に連結された接地端子23a,23bと分
離されている。
【0011】図9(C)を参照すると、印刷回路基板2
8の上部面上には外部リード27の先端が実装されるラ
ンドパターン29が2列に複数個形成されており、その
2列のランドパターン29の間には接地のための別途の
ランドパターンは形成されていない。
【0012】このようにパッキングされた半導体パッケ
ージの等価回路においては、ボンディングワイヤのイン
ダクタンス、半導体チップのパターンの抵抗、リードフ
レームのインダクタンス、ランドパターンのインダクタ
ンスが直列に連結されている。従って、半導体パッケー
ジの全体抵抗とインダクタンスは比較的大きな値をもつ
ので半導体パッケージのノイズが増加し、その動作速度
が低速になる。これを解決するためには減結合コンデン
サを設置するための別途の空間を備えなければならない
ので、実装密度を向上させるのには限界がある。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は実装密度を減少させることなく高速の動作を可能
にし、ノイズを減少させた半導体パッケージのパッキン
グ構造を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明に基づく半導体パッケージのパッキン
グ構造は、半導体チップをダイパッド上に搭載した半導
体パッケージと、前記半導体パッケージを実装するとと
もに、前記ダイパッドに対応する領域の表面上に導電性
パターンが形成された基板と、前記ダイパッドと前記導
電性パターンの両端子の間に形成されてそれらの両端子
間に電圧差を生じさせるキャパシタ用の非伝導性薄膜と
から成り、これによって半導体パッケージのノイズを減
少させたことを特徴とする。
【0015】本発明に基づく他の半導体パッケージのパ
ッキング構造は、半導体チップをダイパッド上に搭載し
た半導体パッケージと、前記半導体パッケージを実装す
るとともに、前記ダイパッドに対応する領域の表面上に
導電性パターンが形成された基板と、電圧差を生じさせ
ることなく前記ダイパッドと前記導電性パターンの両端
子の間に形成された導電層とから成り、これによって半
導体パッケージのノイズを減少させたことを特徴とす
る。
【0016】
【実施例】以下、本発明の一実施例による半導体パッケ
ージのパッキング構造を添付の図面を参照しながら説明
する。なお、従来の部分と同一の部分には図9に示す参
照符号と同一の参照符号を付してある。
【0017】図1(A)〜(C)を参照すると、減結合
コンデンサとしての誘電体薄膜31が、半導体パッケー
ジ20の露出したダイパッド23の下面と、印刷回路基
板38の上部面上のダイパッド23と対応する位置に配
置された導電性パターン32との間に電気的に連結さ
れ、そのダイパッド23と導電性パターン32の両端に
電圧差を生じさせる点を除くと図9(A)〜(C)に示
すものと同一の構成となっている。
【0018】ここで、ダイパッド23の接地端子23b
が図1(B)に示すように、Vss用の内部リード25d
と一体に電気的に連結される場合、導電性パターン32
は図1(C)に示すように、印刷回路基板38の内部の
導電性パターン(図示せず)によってVcc用のランドパ
ターン29に電気的に連結される。導電性パターン32
は印刷回路基板38の内部に形成された導電性パターン
(図示せず)を介してVcc用のランドパターン29また
はVss用のランドパターン29と電気的に連結するよう
にしてもよい。
【0019】なお、図示されていないが、前記ダイパッ
ド23の接地端子23aをVcc用の内部リードと一体に
電気的に連結し、導電性パターン32をVss用のランド
パターン29に電気的に連結することもできる。
【0020】誘電体薄膜31は樹脂例えばポリイミド樹
脂またはエポキシ系樹脂や、金属酸化物例えばバリウム
−チタニウム酸化物(BaTiO3 )、酸化タンタル
(Ta2 O)、酸化ケイ素(SiO2 )または窒化ケイ
素(Si3 N4 )からなる。また、誘電体薄膜31はダ
イパッド23と導電性パターン32の両端との間に複数
並列に連結することができる。ダイパッド23と導電性
パターン32にそれぞれVccとVssを印加することによ
って、これらの間に電圧差を生じさせることもできる。
【0021】このようにパッキングされた半導体パッケ
ージのパッキング構造の等価回路においては、図6に示
すように印刷回路基板38のインダクタンス(Lb)、
誘電体薄膜31のインダクタンス(Lc)および誘電体
薄膜31のキャパシタンス(C)、ダイパッド23のイ
ンダクタンス(Ld)がボンディングワイヤ24のイン
ダクタンス(Lw)、半導体チップ21のパターンの抵
抗(Rl)、リードのインダクタンス(Ll)、印刷回
路基板38のランドパターン29のインダクタンス(L
lp)の直列成分に対して並列に連結されている。した
がって、本発明による半導体パッケージの全体抵抗とイ
ンダクタンスは並列に追加連結された成分によって従来
の半導体パッケージの全体抵抗とインダクタンスに比べ
小さい値をもつようになるので、半導体パッケージのノ
イズが減少し、その動作速度は迅速になる。
【0022】なお、半導体パッケージは実装密度の向上
のために3次元に積層することができるが、このとき積
層されるそれぞれの半導体パッケージのダイパッドは電
気的に共通連結され、誘電体薄膜は最下部に積層された
半導体パッケージと印刷回路基板との間に電気的に連結
される。
【0023】次に、本発明の他の実施例による半導体パ
ッケージのパッキング構造を説明する。
【0024】図2を参照するに、誘電体薄膜31の代わ
りに複数の半田づけバンプ41の導電層を形成してダイ
パッド23とパターン32の両端子との間に電圧差を生
じさせない点を除いて図1のものと同一の構造となって
いる。
【0025】ここで、半田づけバンプ41は主に硬鉛
や、金、銀、銅、アルミニウムまたはこれらの合金に硬
鉛が鍍金されているものからなっている。そして、半田
づけバンプ41はリフロー(solder reflow )工程によ
って半田づけされる。また、前記導電層はダイパッド2
3とパターン32の両端子の間の全面に1層に形成する
こともできる。
【0026】図3(A)を参照すると、図2の半導体パ
ッケージ20のダイパッド23の両端部に接地端子23
a,23bが一体に連結されており、半導体チップ21
のボンディングパッド21a,21bがそれぞれ印刷回
路基板38上のVcc、Vss用の内部リード25a,25
dにボンディングワイヤ24によって電気的に連結され
ている。そして、内部リード25aは接地端子23aと
分離されており、内部リード25dと接地端子23bは
一体に電気的に連結されている。
【0027】図3(B)を参照すると、印刷回路基板3
8の上部面上には内部リードの先端27が実装されるラ
ンドパターン29が第1列、第2列にそれぞれ形成され
ているとともに、その第1列、第2列のランドパターン
29の間には接地のための別途の導電性パターン32が
形成されている。そして、導電性パターン32は複数の
バンプ41によってダイパッド23と電気的に並列連結
されており、また印刷回路基板38の表面上に形成され
ている導電性パターン43によってVss用のランドパタ
ーン29の電気的に連結されている。導電性パターン3
2は印刷回路基板38の内部に形成された導電性パター
ン(図示せず)を介してVss用のランドパターン29と
電気的に連結するようにしてもよい。
【0028】図4(A)を参照すると、内部リード25
cと接地端子23aが一体に電気的に連結されており、
内部リード25bが接地端子23bと分離されている点
を除いて図3(A)のものと同一の構造となっている。
【0029】図4(B)を参照すると、パターン32が
印刷回路基板38の表面上に形成された導電性パターン
44によってVcc用のランドパターン29と電気的に連
結されている点で図3(B)の構造と相違する。導電性
パターン32は印刷回路基板38の内部に形成される導
電性パターン(図示せず)によってVss用のランドパタ
ーン29に電気的に連結するようにしてもよい。
【0030】図5(A)を参照すると、内部リード25
bが接地端子23bと分離されており、ボンディングパ
ッド21cが接地端子23bにボンディングワイヤ24
を介して電気的に連結されている点で図3(A)の構造
と相違する。
【0031】図5(B)を参照すると、パターン32が
印刷回路基板38の表面上に形成されたVbb用の導電性
パターン37cと電気的に連結されている点で図3
(B)の構造と相違する。
【0032】なお、半導体パッケージは実装密度の向上
のために3次元に積層することができるが、このとき積
層されるそれぞれの半導体パッケージの露出されたダイ
パッドが電気的に共通連結され、バンプが最下部の半導
体パッケージと印刷回路基板との間に電気的に連結され
る。そして、バンプの断面積が減少しその数が多い程半
導体パッケージのノイズが減少する。
【0033】図7を参照すると、印刷回路基板上のVss
用のランドパターンから供給されるVssが半導体チップ
のVss用のボンディングパッドに到達する経路におい
て、第1経路は印刷回路基板上のVss用のランドパター
ンが半導体パッケージのダイパッドおよびボンディング
ワイヤをへて半導体チップのVss用のボンディングパッ
ドに連結されるように構成されており、第2経路は印刷
回路基板上のVss用のランドパターンが半導体パッケー
ジのリードおよびボンディングワイヤをへて半導体チッ
プのVss用のボンディングパッドに連結されるように構
成されており、その第1経路および第2経路は並列に連
結される。したがって、この等価回路は、印刷回路基板
の抵抗(Rb)とインダクタンス(Lb)、ダイパッド
の抵抗(Rdp)とインダクタンス(Ldp)、ボンデ
ィングワイヤの抵抗(Rw)とインダクタンス(Lw)
が直列に連結されており、またリードの抵抗(Rl)と
インダクタンス(Ll)がダイパッドの抵抗(Rdp)
とインダクタンス(Ldp)の両端に並列に連結されて
いる。したがって、半導体パッケージの全体的な抵抗と
インダクタンスは従来の直列に連結された半導体パッケ
ージの抵抗とインダクタンスよりずっと小さくなって信
号の伝送時に伝送される信号の時間遅延が減少される。
【0034】
【発明の効果】したがって、本発明による半導体パッケ
ージのパッキング構造によれば、実装される半導体パッ
ケージのダイパッドと、そのダイパッドに対応する印刷
回路基板の表面上に導電性パターンが形成され、そのダ
イパッドとその導電性パターンの両端子との間に誘電体
薄膜または導電層を形成してその両端子間に電圧差を生
じさせまたは生じさせないように電気的に連結すること
によって、印刷回路基板のVss(Vcc)用のランドパタ
ーンと半導体チップのVss(Vcc)用のボンディングパ
ッドとの間に並列の電気的な経路を形成しているので、
実装された半導体パッケージの全体的なインピーダンス
が減少して、その半導体パッケージのノイズが減少し、
半導体パッケージの高速動作が可能になる。
【0035】また、本発明による半導体パッケージのパ
ッキング構造においては、ノイズを減少させるためのキ
ャパシタが印刷回路基板上に半導体パッケージの実装領
域のみに設けられるので、半導体パッケージの実装密度
を減少することなく実装された半導体パッケージの全体
的なインピーダンスを減少することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1(A)は、本発明の一実施例による半導体
パッケージのパッキング構造を示した断面図であり、図
1(B)は、図1(A)の成形体を除去した状態の平面
図であり、図1(C)は、図1(A)の印刷回路基板上
のランドパターンを示した平面図である。
【図2】本発明の他の実施例による半導体パッケージの
パッキング構造を示した断面図である。
【図3】図3(A)は、図2の成形体を除去した状態の
平面図であり、図3(B)は、図2の印刷回路基板上の
ランドパターンを示した平面図である。
【図4】図4(A)は、図2の成形体を除去した状態の
変形例を示した平面図であり、図4(B)は、図4
(A)の印刷回路基板上のランドパターンを示した平面
図である。
【図5】図5(A)は、図2の成形体を除去した状態の
他の変形例を示した平面図であり、図5(B)は、図5
(A)の印刷回路基板上のランドパターンを示した平面
図である。
【図6】図1の半導体パッケージのパッキング構造にお
ける等価回路図である。
【図7】図2の半導体パッケージのパッキング構造にお
ける等価回路図である。
【図8】従来の半導体パッケージのパッキング構造を示
した断面図である。
【図9】図9(A)は、従来の他の半導体パッケージの
パッキング構造を示した断面図であり、図9(B)は、
図9(A)の成形体が除去されている状態の平面図であ
り、図9(C)は、図9(A)の印刷回路基板上のラン
ドパターンを示した平面図である。
【符号の説明】 20 半導体パッケージ 21 半導体チップ 21a,21b ボンディングパッド 22 接着剤 23 ダイパッド 23a,23b 接地端子 24 ボンディングワイヤ 25,25a,25b,25c,25d 内部リード 26 成形体 38 印刷回路基板 29 ランドパターン 31 誘電体薄膜 32,37c,43,44 導電性パターン 41 導電層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宋 永 僖 大韓民国京畿道城南市盆塘区盆塘洞サトビ ュルモール東星アパートメント206−202 (72)発明者 李 廷 亮 大韓民国ソウル特別市江南区上一洞住公ア パートメント501−403

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも一つの半導体チップをダイパ
    ッド上に搭載した半導体パッケージと、 前記半導体パッケージを実装するとともに、前記ダイパ
    ッドに対応する領域の表面上に導電性パターンが形成さ
    れた基板と、 前記ダイパッドと前記導電性パターンの両端子の間に形
    成されてそれらの端子間に電圧差を生じさせるキャパシ
    ター用の非伝導性薄膜とから成ることを特徴とする半導
    体パッケージのパッキング構造。
  2. 【請求項2】 前記半導体パッケージが3次元に積層さ
    れたことを特徴とする請求項1記載のパッキング構造。
  3. 【請求項3】 前記非伝導性薄膜が誘電体薄膜であるこ
    とを特徴とする請求項1記載のパッキング構造。
  4. 【請求項4】 前記誘電体薄膜が樹脂であることを特徴
    とする請求項3記載のパッキング構造。
  5. 【請求項5】 前記誘電体薄膜がポリイミド樹脂とエポ
    キシ系樹脂中のいずれか一つであることを特徴とする請
    求項4記載のパッキング構造。
  6. 【請求項6】 前記誘電体薄膜が金属酸化物であること
    を特徴とする請求項3記載のパッキング構造。
  7. 【請求項7】 前記誘電体薄膜が酸化タンタル、バリウ
    ム−チタニウム酸化物、酸化ケイ素、窒素ケイ素中のい
    ずれか一つであることを特徴とする請求項6記載のパッ
    キング構造。
  8. 【請求項8】 前記非伝導性薄膜が並列に複数個形成さ
    れたことを特徴とする請求項1記載のパッキング構造。
  9. 【請求項9】 前記ダイパッドと前記導電性パターンに
    それぞれVccとVssが印加されて電圧差が生じるように
    したことを特徴とする請求項1記載のパッキング構造。
  10. 【請求項10】 前記ダイパッドがVccの印加を受ける
    内部リードと一体に電気的に連結されたことを特徴とす
    る請求項1記載のパッキング構造。
  11. 【請求項11】 半導体チップをダイパッド上に搭載し
    た半導体パッケージと、 前記半導体パッケージを実装するとともに、前記ダイパ
    ッドに対応する領域の表面上に導電性パターンが形成さ
    れた基板と、 前記ダイパッドと前記導電性パターンの両端子の間に形
    成された導電層とから成ることを特徴とする半導体パッ
    ケージのパッキング構造。
  12. 【請求項12】 前記半導体パッケージが3次元に積層
    されたことを特徴とする請求項11記載のパッキング構
    造。
  13. 【請求項13】 前記導電層が並列に複数個形成された
    ことを特徴とする請求項11記載のパッキング構造。
  14. 【請求項14】 前記導電層が金属バンプであることを
    特徴とする請求項11記載のパッキング構造。
  15. 【請求項15】 前記ダイパッドと導電性パターンの両
    端子にVccが印加されたことを特徴とする請求項11記
    載のパッキング構造。
  16. 【請求項16】 前記ダイパッドがVccの印加を受ける
    内部リードと一体に電気的に連結されたことを特徴とす
    る請求項15記載のパッキング構造。
  17. 【請求項17】 前記ダイパッドと導電性パターンの両
    端子にVssが印加されたことを特徴とする請求項11記
    載のパッキング構造。
  18. 【請求項18】 前記ダイパッドがVssの印加を受ける
    内部リードと一体に電気的に連結されたことを特徴とす
    る請求項17記載のパッキング構造。
  19. 【請求項19】 前記導電層の材料は硬鉛、金、銀、
    銅、アルミニウム、もしくは硬鉛が鍍金された金、銀、
    銅、アルミニウムの合金中のいずれか一つであることを
    特徴とする請求項11記載のパッキング構造。
  20. 【請求項20】 前記両端子に印加される電圧が前記半
    導体パッケージの内部リードに印加される電圧より低い
    Vbbであることを特徴とする請求項11記載のパッキン
    グ構造。
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