JPH09213829A - Bga型i/oフォーマットを使用した高性能デジタルicパッケージ及びバイメタル充填バイア技術による単層セラミックス基板 - Google Patents
Bga型i/oフォーマットを使用した高性能デジタルicパッケージ及びバイメタル充填バイア技術による単層セラミックス基板Info
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- Wire Bonding (AREA)
- Parts Printed On Printed Circuit Boards (AREA)
- Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】層数が増加することなく、共平面度の厳密な制
御が可能であり、低製造コストでありながら、小単位面
積で多くの接続を提供できる単層セラミックス基板を提
供すること。 【解決手段】デジタル式集積回路パッケージであって、
所定パターンのバイア22,25を有した単層基板10
と、該単層基板10上で電気的に相互接触させるため
に、複数のバイア22,25に対して複数のワイヤボン
ディングパッド19又はフリップチップ搭載パッドの少
なくとも1つから延びている複数の回路トレース5と、
前記バイア22,25と、トレース5と、ワイヤボンデ
ィングパッド19と、少なくとも1つのワイヤボンド2
0と、少なくとも1つのダイ30とを環境の影響から保
護するために提供された少なくとも1つの保護体32,
34,36と、少なくとも1つのダイ30が提供された
前記基板面11とは反対側の面13に提供された複数の
導電性ボール17と、を含むデジタル式集積回路パッケ
ージ。
御が可能であり、低製造コストでありながら、小単位面
積で多くの接続を提供できる単層セラミックス基板を提
供すること。 【解決手段】デジタル式集積回路パッケージであって、
所定パターンのバイア22,25を有した単層基板10
と、該単層基板10上で電気的に相互接触させるため
に、複数のバイア22,25に対して複数のワイヤボン
ディングパッド19又はフリップチップ搭載パッドの少
なくとも1つから延びている複数の回路トレース5と、
前記バイア22,25と、トレース5と、ワイヤボンデ
ィングパッド19と、少なくとも1つのワイヤボンド2
0と、少なくとも1つのダイ30とを環境の影響から保
護するために提供された少なくとも1つの保護体32,
34,36と、少なくとも1つのダイ30が提供された
前記基板面11とは反対側の面13に提供された複数の
導電性ボール17と、を含むデジタル式集積回路パッケ
ージ。
Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、デジタル集積回路
用の単チップ式及びマルチチップ式パッケージに関す
る。さらに特定すれば、本発明は、小単位面積により多
くの接続を提供するため、ボールグリッドアレイに接続
された多数のバイメタル(bi-metallic)またはトリメ
タル(tri-metallic)充填バイア(vias)が提供された
単層セラミックス基板に関する。
用の単チップ式及びマルチチップ式パッケージに関す
る。さらに特定すれば、本発明は、小単位面積により多
くの接続を提供するため、ボールグリッドアレイに接続
された多数のバイメタル(bi-metallic)またはトリメ
タル(tri-metallic)充填バイア(vias)が提供された
単層セラミックス基板に関する。
【0002】
【従来の技術】今日広く利用されている単層式及びマル
チ層式ICチップ用パッケージの1つは、LGA型(la
nd grid array)や鉛加工型(leaded)と対比されるB
GA型I/Oフォーマットである。その理由は、BGA
フォーマットは、同一サイズの実用鉛型パッケージより
もI/O容量を増大させることができ、特にソルダー
(はんだ:solder)ボールが使用される場合にPCボー
ドへの搭載が容易だからである。このことは、同じI/
O密度を有してはいるが、ソケット配線を必要とするL
GAパッケージとは対照的である。ソケットがなけれ
ば、パッケージがPCBに直載されるときLGA型は、
ソルダー結合部の品質保証が非常に困難だからである。
チ層式ICチップ用パッケージの1つは、LGA型(la
nd grid array)や鉛加工型(leaded)と対比されるB
GA型I/Oフォーマットである。その理由は、BGA
フォーマットは、同一サイズの実用鉛型パッケージより
もI/O容量を増大させることができ、特にソルダー
(はんだ:solder)ボールが使用される場合にPCボー
ドへの搭載が容易だからである。このことは、同じI/
O密度を有してはいるが、ソケット配線を必要とするL
GAパッケージとは対照的である。ソケットがなけれ
ば、パッケージがPCBに直載されるときLGA型は、
ソルダー結合部の品質保証が非常に困難だからである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】現在知られているBG
Aパッケージには、以下に記載する長所と短所とを有し
たいくつかの構造スキームが存在する。
Aパッケージには、以下に記載する長所と短所とを有し
たいくつかの構造スキームが存在する。
【0004】セラミックスを使用したBGAパッケージ
は、マルチ層共焼成(cofire)構造を採用している。厚
膜スクリーン印刷可能な耐火金属導電ペースト(thick
filmscreen printable refractory metal conductive p
aste)の弱点に加えて、この方式に固有な収縮が、PC
ボードとICチップとの間での信号送受信に必要な相互
接続回路(interconnection circuitry)の物理的サイ
ズ(線幅と間隔、バイアキャプチャーパッドサイズ(via
capture pad diameter)等)に制限を加えるのでマルチ
層構造が必要とされる。単セラミックス層では、望まれ
るICを完全に接続するのに必要とされる数量のトレー
ス(trace)とパッド(pad)とを提供する充分な面積が
確保できない。この状況に対処するため、従来方式では
マルチ層構造を採用した。この方法の弱点は、パッケー
ジを小型サイズに維持しようとすれば、I/O数が増加
するにつれて層数も増加することである。
は、マルチ層共焼成(cofire)構造を採用している。厚
膜スクリーン印刷可能な耐火金属導電ペースト(thick
filmscreen printable refractory metal conductive p
aste)の弱点に加えて、この方式に固有な収縮が、PC
ボードとICチップとの間での信号送受信に必要な相互
接続回路(interconnection circuitry)の物理的サイ
ズ(線幅と間隔、バイアキャプチャーパッドサイズ(via
capture pad diameter)等)に制限を加えるのでマルチ
層構造が必要とされる。単セラミックス層では、望まれ
るICを完全に接続するのに必要とされる数量のトレー
ス(trace)とパッド(pad)とを提供する充分な面積が
確保できない。この状況に対処するため、従来方式では
マルチ層構造を採用した。この方法の弱点は、パッケー
ジを小型サイズに維持しようとすれば、I/O数が増加
するにつれて層数も増加することである。
【0005】層数(及びパッケージサイズ)が増大する
につれ、付随する電気系の問題が増幅され、半導体装置
の性能に悪影響を及ぼす。また、層数の増加は層間の整
合/調整問題をも引き起こし、焼結時の構造体収縮現象
によってその問題はさらに悪化する。その結果、パッケ
ージの生産収率は悪くなり、製造コストの増大を招く。
一般的に、マルチ層共焼成セラミックスパッケージは、
他タイプのパッケージよりも高価である。
につれ、付随する電気系の問題が増幅され、半導体装置
の性能に悪影響を及ぼす。また、層数の増加は層間の整
合/調整問題をも引き起こし、焼結時の構造体収縮現象
によってその問題はさらに悪化する。その結果、パッケ
ージの生産収率は悪くなり、製造コストの増大を招く。
一般的に、マルチ層共焼成セラミックスパッケージは、
他タイプのパッケージよりも高価である。
【0006】グラス−セラミックス材料を採用した別タ
イプのパッケージは、収縮に伴う問題を大幅に緩和して
いる。このグラス−セラミックス材料は、収縮を最少限
に抑えるように設計されたものである。しかし、回路は
スクリーン印刷されており、従って印刷精度が限定され
るので、単層に提供が可能なトレースとパッドの数は限
定を受ける。従って、この場合にもマルチ層が要求され
ることになり、結局は製造コストが高くなる。
イプのパッケージは、収縮に伴う問題を大幅に緩和して
いる。このグラス−セラミックス材料は、収縮を最少限
に抑えるように設計されたものである。しかし、回路は
スクリーン印刷されており、従って印刷精度が限定され
るので、単層に提供が可能なトレースとパッドの数は限
定を受ける。従って、この場合にもマルチ層が要求され
ることになり、結局は製造コストが高くなる。
【0007】別方式の従来パッケージでは、エポキシ−
ファイバーグラスボードの片面がソルダーボールのアレ
イを搭載するようにパターン加工されており、反対面
(または層)は複数層間の相互接続のためのメッキ加工
された通孔を含んでパターン加工された回路が搭載され
ている。改良されたフォトレジストエッチング技術が採
用されており、約0.003インチから0.004インチ
(75から100ミクロン)の線幅/間隔を達成してい
る。この構造はプラスチックボールグリッドアレイ構造
として知られている。しかしこのタイプの構造には2つ
の大きな問題がある。
ファイバーグラスボードの片面がソルダーボールのアレ
イを搭載するようにパターン加工されており、反対面
(または層)は複数層間の相互接続のためのメッキ加工
された通孔を含んでパターン加工された回路が搭載され
ている。改良されたフォトレジストエッチング技術が採
用されており、約0.003インチから0.004インチ
(75から100ミクロン)の線幅/間隔を達成してい
る。この構造はプラスチックボールグリッドアレイ構造
として知られている。しかしこのタイプの構造には2つ
の大きな問題がある。
【0008】(1)I/O数が増加すると、パッケージ
の製造コストが許容範囲を越える。特に、パッケージサ
イズを最低限度に抑えることが条件とされる場合に問題
が大きい。 (2)I/O数が増加すると、ICチップで消費される
電力も一般的に増加する。このパッケージは、ICチッ
プで発生した熱を適正に消費できないため、これらのチ
ップは速く消耗する。この理由によって、PGAセラミ
ックスパッケージを有したインテル社のペンティアムプ
ロセッサーのごとき商業ベースの装置はこの熱を排除す
るためにパッケージに冷却ファンを直載しなければなら
ない。
の製造コストが許容範囲を越える。特に、パッケージサ
イズを最低限度に抑えることが条件とされる場合に問題
が大きい。 (2)I/O数が増加すると、ICチップで消費される
電力も一般的に増加する。このパッケージは、ICチッ
プで発生した熱を適正に消費できないため、これらのチ
ップは速く消耗する。この理由によって、PGAセラミ
ックスパッケージを有したインテル社のペンティアムプ
ロセッサーのごとき商業ベースの装置はこの熱を排除す
るためにパッケージに冷却ファンを直載しなければなら
ない。
【0009】セラミックスマルチ層、グラス−セラミッ
クス、プラスチックボールグリッドアレイの大きな問題
点は、パッケージ両面の平坦性の達成である。この平坦
性はボールアレイの共平面性(coplanarity)、または
半導体装置のフリップチップ搭載(flip chip mountin
g)に必要である。共焼成マルチ層セラミックス構造と
PCBラミネート構造は固有な反り現象の問題を有して
いる。
クス、プラスチックボールグリッドアレイの大きな問題
点は、パッケージ両面の平坦性の達成である。この平坦
性はボールアレイの共平面性(coplanarity)、または
半導体装置のフリップチップ搭載(flip chip mountin
g)に必要である。共焼成マルチ層セラミックス構造と
PCBラミネート構造は固有な反り現象の問題を有して
いる。
【0010】マルチ層共焼成セラミックスBGAパッケ
ージに関する別問題は、パッケージに搭載されたボール
の共平面性不良であり、パッケージされたICの実用を
困難にする。マルチ層セラミックスBGAパッケージの
名目上の共平面度(nominalcoplanarity)は、0.00
6インチ(約0.015cm)に過ぎない。この値は業
界では法外であると考えられている。
ージに関する別問題は、パッケージに搭載されたボール
の共平面性不良であり、パッケージされたICの実用を
困難にする。マルチ層セラミックスBGAパッケージの
名目上の共平面度(nominalcoplanarity)は、0.00
6インチ(約0.015cm)に過ぎない。この値は業
界では法外であると考えられている。
【0011】他の従来技術には、米国特許第5,08
9,881号(パニカー)と、第4,942,216号
(パニカー)に開示されたものが存在する。これら両方
を十分に参照されたい。別タイプのピングリッドアレイ
構造も存在する。マルチ層BGAパッケージの1例を図
1で紹介する。さらに、アムコール(Amkor)は回路ト
レースと両面間の接続とを提供するPCB技術を利用し
たプラスチックBGAを製造している。
9,881号(パニカー)と、第4,942,216号
(パニカー)に開示されたものが存在する。これら両方
を十分に参照されたい。別タイプのピングリッドアレイ
構造も存在する。マルチ層BGAパッケージの1例を図
1で紹介する。さらに、アムコール(Amkor)は回路ト
レースと両面間の接続とを提供するPCB技術を利用し
たプラスチックBGAを製造している。
【0012】従って、本発明の目的は、上記の共平面度
の厳密な制御が可能なパッケージを提供することにあ
る。本発明の目的は、従来技術によるBGAパッケージ
のこのような問題と限定要因とを軽減あるいは大幅に改
善するパッケージを提供することにある。本発明の目的
は、従来技術に関する前記の弱点及び欠点を本発明のボ
ールグリッドアレイICパッケージによって克服または
軽減することにある。本発明の他の目的は、低製造コス
トでありながら、マルチ層の弱点を克服する最小サイズ
のパッケージを提供することにある。
の厳密な制御が可能なパッケージを提供することにあ
る。本発明の目的は、従来技術によるBGAパッケージ
のこのような問題と限定要因とを軽減あるいは大幅に改
善するパッケージを提供することにある。本発明の目的
は、従来技術に関する前記の弱点及び欠点を本発明のボ
ールグリッドアレイICパッケージによって克服または
軽減することにある。本発明の他の目的は、低製造コス
トでありながら、マルチ層の弱点を克服する最小サイズ
のパッケージを提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明は、充分に焼結さ
れた(fully sintered)セラミックス製単層基板あるい
は同様な特性を備えた別材料の基板を使用する。一般的
にはレギュラーパターンで、放熱バイアとシグナル/パ
ワー(信号/電力)バイアとを含むバイアが複数の箇所
でレーザードリル加工される。バイアはバイメタルまた
はトリメタル複合材料で充填される。基板全体はいくつ
かの選択可能な手法によって、薄膜状のチタン、クロ
ム、モリブデン、タングステン、それらの組合せ、銅及
びニッケル等で金属被覆加工(メタライズ加工:metali
ze)される。パッドも銅の厚膜で提供することができ
る。BGA用のボールは一般的に鉛/錫合金であり、基
板のボール側にブレーズ溶接(braze)される。
れた(fully sintered)セラミックス製単層基板あるい
は同様な特性を備えた別材料の基板を使用する。一般的
にはレギュラーパターンで、放熱バイアとシグナル/パ
ワー(信号/電力)バイアとを含むバイアが複数の箇所
でレーザードリル加工される。バイアはバイメタルまた
はトリメタル複合材料で充填される。基板全体はいくつ
かの選択可能な手法によって、薄膜状のチタン、クロ
ム、モリブデン、タングステン、それらの組合せ、銅及
びニッケル等で金属被覆加工(メタライズ加工:metali
ze)される。パッドも銅の厚膜で提供することができ
る。BGA用のボールは一般的に鉛/錫合金であり、基
板のボール側にブレーズ溶接(braze)される。
【0014】放熱バイアから熱をさらに効果的に排除す
るため、熱拡散パッド(heat spreader pad)が前述の
ようないくつかの手法によって放熱バイア上でメタライ
ズ(metalize)される。ワイヤボンド(wirebond)また
はフリップチップへの接続のため、熱拡散パッド周囲に
もパッドが提供される。これらのパッドは、約0.00
2インチ(約0.05mm)幅で0.002インチ間隔の
トレースによって適正なバイアに接続される。
るため、熱拡散パッド(heat spreader pad)が前述の
ようないくつかの手法によって放熱バイア上でメタライ
ズ(metalize)される。ワイヤボンド(wirebond)また
はフリップチップへの接続のため、熱拡散パッド周囲に
もパッドが提供される。これらのパッドは、約0.00
2インチ(約0.05mm)幅で0.002インチ間隔の
トレースによって適正なバイアに接続される。
【0015】基板のダイ(die)搭載側のメタライズ加
工は次の通りである。 1)基板に接着プロモータ層をボンドする。 2)接着プロモータ層に導電材料層(current carrying
material)をボンドする。 3)導電材料層にバッファ材料層をボンドする。 4)バッファ材料層に仕上保護材料層をボンドする。
工は次の通りである。 1)基板に接着プロモータ層をボンドする。 2)接着プロモータ層に導電材料層(current carrying
material)をボンドする。 3)導電材料層にバッファ材料層をボンドする。 4)バッファ材料層に仕上保護材料層をボンドする。
【0016】パッケージは、次のいずれかの方法で完成
される。 1)金属製または金属メッキされたリッド(lid)を、
ダイとボンディングパッド(bonding pad)上で保護コ
ーティングを露出させるようにアレンジする。 2)同様なリッドまたはセラミックスリッドを基板全体
をカバーするようにアレンジする。 3)エポキシ製ブロブ(小塊:blob)をダイとワイヤボ
ンド上に提供する。
される。 1)金属製または金属メッキされたリッド(lid)を、
ダイとボンディングパッド(bonding pad)上で保護コ
ーティングを露出させるようにアレンジする。 2)同様なリッドまたはセラミックスリッドを基板全体
をカバーするようにアレンジする。 3)エポキシ製ブロブ(小塊:blob)をダイとワイヤボ
ンド上に提供する。
【0017】本発明は、小型のフットプリント(footpri
nt)を維持しつつ、高性能で大容量の入力/出力(I/
O)能力を備えたデジタル式集積回路(IC)パッケージ
が開示されている。このパッケージは、ボールグリッド
アレイ(BGA:ball gridarray)フォーマットと、バ
イメタルが充填され、精密にポジショニングされた多数
のバイアを備えた単層セラミックス基板(single layer
ceramic substratewith bimetallic filled precisely
positioned vias)とを採用している。
nt)を維持しつつ、高性能で大容量の入力/出力(I/
O)能力を備えたデジタル式集積回路(IC)パッケージ
が開示されている。このパッケージは、ボールグリッド
アレイ(BGA:ball gridarray)フォーマットと、バ
イメタルが充填され、精密にポジショニングされた多数
のバイアを備えた単層セラミックス基板(single layer
ceramic substratewith bimetallic filled precisely
positioned vias)とを採用している。
【0018】具体的に、請求項1に記載の発明は、「デ
ジタル式集積回路パッケージであって、a)所定パター
ンのバイア(vias)を有した単層基板と、b)該単層基
板上で電気的に相互接触させるために、複数のバイアに
対して複数のワイヤボンディングパッド又はフリップチ
ップ搭載パッドの少なくとも1つから延びている複数の
回路トレースと、c)前記バイアと、前記トレースと、
前記ワイヤボンディングパッドと、少なくとも1つのワ
イヤボンドと、少なくとも1つのダイとを環境の影響か
ら保護するために提供された少なくとも1つの保護体
と、d)前記少なくとも1つのダイが提供された前記基
板面とは反対側の面に提供された複数の導電性ボール
と、を含むデジタル式集積回路パッケージ。」である。
ジタル式集積回路パッケージであって、a)所定パター
ンのバイア(vias)を有した単層基板と、b)該単層基
板上で電気的に相互接触させるために、複数のバイアに
対して複数のワイヤボンディングパッド又はフリップチ
ップ搭載パッドの少なくとも1つから延びている複数の
回路トレースと、c)前記バイアと、前記トレースと、
前記ワイヤボンディングパッドと、少なくとも1つのワ
イヤボンドと、少なくとも1つのダイとを環境の影響か
ら保護するために提供された少なくとも1つの保護体
と、d)前記少なくとも1つのダイが提供された前記基
板面とは反対側の面に提供された複数の導電性ボール
と、を含むデジタル式集積回路パッケージ。」である。
【0019】請求項2に記載の発明は、「前記単層は、
充分に焼結されたセラミックス材料であることを特徴と
する請求項1記載の集積回路パッケージ。」であり、請
求項3に記載の発明は、「前記セラミックス材料は、酸
化アルミニウム(Al2O3)である請求項2記載の集積
回路パッケージ。」であり、請求項4に記載の発明は、
「前記セラミックス材料は、窒化アルミニウム(Al
N)である請求項2記載の集積回路パッケージ。」であ
る。
充分に焼結されたセラミックス材料であることを特徴と
する請求項1記載の集積回路パッケージ。」であり、請
求項3に記載の発明は、「前記セラミックス材料は、酸
化アルミニウム(Al2O3)である請求項2記載の集積
回路パッケージ。」であり、請求項4に記載の発明は、
「前記セラミックス材料は、窒化アルミニウム(Al
N)である請求項2記載の集積回路パッケージ。」であ
る。
【0020】請求項5に記載の発明は、「前記バイアパ
ターンは、放熱用の高密度中央部パターンと、シグナル
/パワー用の周辺部パターンとを含んでいる請求項1記
載の集積回路パッケージ。」であり、請求項6の発明
は、「前記シグナル/パワーバイアは、約0.050〜
0.025インチ(約1.27〜0.64mm)の範囲の
列間距離を維持している請求項5記載の集積回路パッケ
ージ。」であり、請求項7の発明は、「前記シグナル/
パワーバイアは、約0.050インチ(約1.27mm)
の整合列間距離を維持しており、間入列との間隔は、約
0.025インチ(約0.64mm)である請求項5記載
の集積回路パッケージ。」である。
ターンは、放熱用の高密度中央部パターンと、シグナル
/パワー用の周辺部パターンとを含んでいる請求項1記
載の集積回路パッケージ。」であり、請求項6の発明
は、「前記シグナル/パワーバイアは、約0.050〜
0.025インチ(約1.27〜0.64mm)の範囲の
列間距離を維持している請求項5記載の集積回路パッケ
ージ。」であり、請求項7の発明は、「前記シグナル/
パワーバイアは、約0.050インチ(約1.27mm)
の整合列間距離を維持しており、間入列との間隔は、約
0.025インチ(約0.64mm)である請求項5記載
の集積回路パッケージ。」である。
【0021】請求項8に記載の発明は、「前記回路トレ
ースには、接着プロモータ層と、導電層と、バッファ層
と、保護層とを含む層化メタライズ加工が施されている
請求項1記載の集積回路パッケージ。」であり、請求項
9の発明は、「回路トレースの幅は、約0.002イン
チ(約0.051mm)である請求項8記載の集積回路
パッケージ。」であり、請求項10の発明は、「ワイヤ
ボンディングパッドには、接着プロモータ層と、導電層
と、バッファ層と、保護層とを含む層化メタライズ加工
が施されている請求項1記載の集積回路パッケージ。」
である。
ースには、接着プロモータ層と、導電層と、バッファ層
と、保護層とを含む層化メタライズ加工が施されている
請求項1記載の集積回路パッケージ。」であり、請求項
9の発明は、「回路トレースの幅は、約0.002イン
チ(約0.051mm)である請求項8記載の集積回路
パッケージ。」であり、請求項10の発明は、「ワイヤ
ボンディングパッドには、接着プロモータ層と、導電層
と、バッファ層と、保護層とを含む層化メタライズ加工
が施されている請求項1記載の集積回路パッケージ。」
である。
【0022】請求項11に記載の発明は、「前記バイア
はバイメタル複合物で充填されている請求項1記載の集
積回路パッケージ。」であり、請求項12に記載の発明
は、「前記バイメタル複合物は、銅−タングステンであ
る請求項11記載の集積回路パッケージ。」であり、請
求項13に記載の発明は、「前記バイアは、トリメタル
複合物で充填されている請求項1記載の集積回路パッケ
ージ。」である。請求項14に記載の発明は、「前記ト
リメタル複合物は、銅−銀−タングステンである請求項
13記載の集積回路パッケージ。」であり、請求項15
に記載の発明は、「前記トレース間の距離は、約0.0
02インチ(約0.051mm)である請求項1記載の
集積回路パッケージ。」である。
はバイメタル複合物で充填されている請求項1記載の集
積回路パッケージ。」であり、請求項12に記載の発明
は、「前記バイメタル複合物は、銅−タングステンであ
る請求項11記載の集積回路パッケージ。」であり、請
求項13に記載の発明は、「前記バイアは、トリメタル
複合物で充填されている請求項1記載の集積回路パッケ
ージ。」である。請求項14に記載の発明は、「前記ト
リメタル複合物は、銅−銀−タングステンである請求項
13記載の集積回路パッケージ。」であり、請求項15
に記載の発明は、「前記トレース間の距離は、約0.0
02インチ(約0.051mm)である請求項1記載の
集積回路パッケージ。」である。
【0023】請求項16に記載の発明は、「前記保護体
は、前記基板の周辺部から前記ワイヤボンディングパッ
ドの近辺内にまで延びた保護コーティング層を含み、該
保護コーティング層にはカバー体が接着されており、該
カバー体は、前記ワイヤボンディングパッドと、ワイヤ
ボンドと、少なくとも1つのダイとを覆っている請求項
1記載の集積回路パッケージ。」であり、請求項17の
発明は、「前記保護体は、基板の外側周辺部に接着され
たカバー体を含み、該カバー体は本パッケージ全体を覆
っている請求項1記載の集積回路パッケージ。」であ
る。
は、前記基板の周辺部から前記ワイヤボンディングパッ
ドの近辺内にまで延びた保護コーティング層を含み、該
保護コーティング層にはカバー体が接着されており、該
カバー体は、前記ワイヤボンディングパッドと、ワイヤ
ボンドと、少なくとも1つのダイとを覆っている請求項
1記載の集積回路パッケージ。」であり、請求項17の
発明は、「前記保護体は、基板の外側周辺部に接着され
たカバー体を含み、該カバー体は本パッケージ全体を覆
っている請求項1記載の集積回路パッケージ。」であ
る。
【0024】請求項18に記載の発明は、「前記保護体
は、前記基板の周辺部から前記ワイヤボンディングパッ
ドの近辺内にまで延びた保護コーティング層を含み、該
保護コーティング層のパッケージカバー部分であって、
前記ワイヤボンディングパッドと、前記ワイヤボンド
と、少なくとも1つの前記ダイとにエポキシ製ブロブが
提供されている請求項1記載の集積回路パッケージ。」
であり、請求項19に記載の発明は、「前記カバー体
は、金属とコバルとからなる群から選択されている請求
項16記載の集積回路パッケージ。」である。
は、前記基板の周辺部から前記ワイヤボンディングパッ
ドの近辺内にまで延びた保護コーティング層を含み、該
保護コーティング層のパッケージカバー部分であって、
前記ワイヤボンディングパッドと、前記ワイヤボンド
と、少なくとも1つの前記ダイとにエポキシ製ブロブが
提供されている請求項1記載の集積回路パッケージ。」
であり、請求項19に記載の発明は、「前記カバー体
は、金属とコバルとからなる群から選択されている請求
項16記載の集積回路パッケージ。」である。
【0025】請求項20に記載の発明は、「前記カバー
体は、導電性金属でメッキ加工されている請求項19記
載の集積回路パッケージ。」であり、請求項21に記載
の発明は、「前記導電性金属は、金である請求項20記
載の集積回路パッケージ。」であり、請求項22の発明
は、「前記カバー体は、セラミックス材料を含む請求項
17記載の集積回路パッケージ。」であり、請求項23
に記載の発明は、「前記セラミックス材料は、酸化アル
ミニウムである請求項22記載の集積回路パッケー
ジ。」である。
体は、導電性金属でメッキ加工されている請求項19記
載の集積回路パッケージ。」であり、請求項21に記載
の発明は、「前記導電性金属は、金である請求項20記
載の集積回路パッケージ。」であり、請求項22の発明
は、「前記カバー体は、セラミックス材料を含む請求項
17記載の集積回路パッケージ。」であり、請求項23
に記載の発明は、「前記セラミックス材料は、酸化アル
ミニウムである請求項22記載の集積回路パッケー
ジ。」である。
【0026】請求項24に記載の発明は、「前記セラミ
ックス材料は、窒化アルミニウムである請求項22記載
の集積回路パッケージ。」であり、請求項25に記載の
発明は、「前記カバー体は、金属とコバルとからなる群
から選択されている請求項17記載の集積回路パッケー
ジ。」であり、請求項26に記載の発明は、「前記カバ
ー体は、導電性金属でメッキ加工されている請求項25
記載の集積回路パッケージ。」であり、請求項27に記
載の発明は、「前記導電性金属は、金である請求項26
記載の集積回路パッケージ。」である。
ックス材料は、窒化アルミニウムである請求項22記載
の集積回路パッケージ。」であり、請求項25に記載の
発明は、「前記カバー体は、金属とコバルとからなる群
から選択されている請求項17記載の集積回路パッケー
ジ。」であり、請求項26に記載の発明は、「前記カバ
ー体は、導電性金属でメッキ加工されている請求項25
記載の集積回路パッケージ。」であり、請求項27に記
載の発明は、「前記導電性金属は、金である請求項26
記載の集積回路パッケージ。」である。
【0027】請求項28に記載の発明は、「前記保護コ
ーティング層は、グラス材料である請求項16記載の集
積回路パッケージ。」であり、請求項29に記載の発明
は、「前記保護コーティング層は、ポリイミドまたはエ
ポキシ材料である請求項16記載の集積回路パッケー
ジ。」であり、請求項30に記載の発明は、「前記保護
コーティング層は、絶縁材料である請求項16記載の集
積回路パッケージ。」であり、請求項31に記載の発明
は、「前記保護コーティング層は、グラス材料である請
求項18記載の集積回路パッケージ。」であり、請求項
32に記載の発明は、「前記保護コーティング層は、ポ
リイミド材料である請求項18記載の集積回路パッケー
ジ。」である。
ーティング層は、グラス材料である請求項16記載の集
積回路パッケージ。」であり、請求項29に記載の発明
は、「前記保護コーティング層は、ポリイミドまたはエ
ポキシ材料である請求項16記載の集積回路パッケー
ジ。」であり、請求項30に記載の発明は、「前記保護
コーティング層は、絶縁材料である請求項16記載の集
積回路パッケージ。」であり、請求項31に記載の発明
は、「前記保護コーティング層は、グラス材料である請
求項18記載の集積回路パッケージ。」であり、請求項
32に記載の発明は、「前記保護コーティング層は、ポ
リイミド材料である請求項18記載の集積回路パッケー
ジ。」である。
【0028】請求項33に記載の発明は、「前記保護コ
ーティング層は、絶縁材料である請求項18記載の集積
回路パッケージ。」であり、請求項34の発明は、「前
記ダイ搭載面には、接着プロモータ層と、導電層と、バ
ッファ層と、仕上げ保護層とを含む一連のメタライズ加
工が施されている請求項1記載の集積回路パッケー
ジ。」であり、請求項35の発明は、「前記接着プロモ
ータ層は、チタンと、クロムと、チタン/タングステン
合金と、チタン/モリブデン合金とを含む群から選択さ
れた材料である請求項34記載の集積回路パッケー
ジ。」である。
ーティング層は、絶縁材料である請求項18記載の集積
回路パッケージ。」であり、請求項34の発明は、「前
記ダイ搭載面には、接着プロモータ層と、導電層と、バ
ッファ層と、仕上げ保護層とを含む一連のメタライズ加
工が施されている請求項1記載の集積回路パッケー
ジ。」であり、請求項35の発明は、「前記接着プロモ
ータ層は、チタンと、クロムと、チタン/タングステン
合金と、チタン/モリブデン合金とを含む群から選択さ
れた材料である請求項34記載の集積回路パッケー
ジ。」である。
【0029】請求項36に記載の発明は、「接着プロモ
ータ層の厚さは、約500〜2000オングストローム
である請求項35記載の集積回路パッケージ。」であ
り、請求項37に記載の発明は、「前記導電層は銅であ
る請求項34記載の集積回路パッケージ。」であり、請
求項38に記載の発明は、「前記銅層の厚さは、約5〜
10ミクロンである請求項37記載の集積回路パッケー
ジ。」である。請求項39に記載の発明は、「前記バッ
ファ層は、ニッケルである請求項34記載の集積回路パ
ッケージ。」であり、請求項40に記載の発明は、「前
記ニッケル層の厚さは、約1〜3.5ミクロンである請
求項39記載の集積回路パッケージ。」である。
ータ層の厚さは、約500〜2000オングストローム
である請求項35記載の集積回路パッケージ。」であ
り、請求項37に記載の発明は、「前記導電層は銅であ
る請求項34記載の集積回路パッケージ。」であり、請
求項38に記載の発明は、「前記銅層の厚さは、約5〜
10ミクロンである請求項37記載の集積回路パッケー
ジ。」である。請求項39に記載の発明は、「前記バッ
ファ層は、ニッケルである請求項34記載の集積回路パ
ッケージ。」であり、請求項40に記載の発明は、「前
記ニッケル層の厚さは、約1〜3.5ミクロンである請
求項39記載の集積回路パッケージ。」である。
【0030】請求項41に記載の発明は、「前記仕上げ
保護層は、金である請求項34記載の集積回路パッケー
ジ。」であり、請求項42に記載の発明は、「前記金層
の厚さは、約2〜3.5ミクロンである請求項41記載
の集積回路パッケージ。」であり、請求項43の発明
は、「前記基板の別面には、接着プロモータ層と、導電
層と、保護層とを含む一連のメタライズ加工が施されて
いる請求項1記載の集積回路パッケージ。」であり、請
求項44に記載の発明は、「接着プロモータ層は、チタ
ンと、クロムと、チタン/タングステン合金と、チタン
/モリブデン合金とを含む群から選択された材料である
請求項43記載の集積回路パッケージ。」である。
保護層は、金である請求項34記載の集積回路パッケー
ジ。」であり、請求項42に記載の発明は、「前記金層
の厚さは、約2〜3.5ミクロンである請求項41記載
の集積回路パッケージ。」であり、請求項43の発明
は、「前記基板の別面には、接着プロモータ層と、導電
層と、保護層とを含む一連のメタライズ加工が施されて
いる請求項1記載の集積回路パッケージ。」であり、請
求項44に記載の発明は、「接着プロモータ層は、チタ
ンと、クロムと、チタン/タングステン合金と、チタン
/モリブデン合金とを含む群から選択された材料である
請求項43記載の集積回路パッケージ。」である。
【0031】請求項45に記載の発明は、「接着プロモ
ータ層の厚さは、約500〜2000オングストローム
である請求項44記載の集積回路パッケージ。」であ
り、請求項46に記載の発明は、「前記導電層は銅であ
る請求項43記載の集積回路パッケージ。」であり、請
求項47に記載の発明は、「前記銅層の厚さは、約3〜
5ミクロンである請求項46記載の集積回路パッケー
ジ。」であり、請求項48の発明は、「前記バッファ層
は、ニッケルである請求項39記載の集積回路パッケー
ジ。」であり、請求項49の発明は、「前記ニッケル層
の厚さは、約2.0〜5ミクロンである請求項48記載
の集積回路パッケージ。」である。
ータ層の厚さは、約500〜2000オングストローム
である請求項44記載の集積回路パッケージ。」であ
り、請求項46に記載の発明は、「前記導電層は銅であ
る請求項43記載の集積回路パッケージ。」であり、請
求項47に記載の発明は、「前記銅層の厚さは、約3〜
5ミクロンである請求項46記載の集積回路パッケー
ジ。」であり、請求項48の発明は、「前記バッファ層
は、ニッケルである請求項39記載の集積回路パッケー
ジ。」であり、請求項49の発明は、「前記ニッケル層
の厚さは、約2.0〜5ミクロンである請求項48記載
の集積回路パッケージ。」である。
【0032】請求項50に記載の発明は、「前記仕上げ
保護層は、金である請求項43記載の集積回路パッケー
ジ。」であり、請求項51に記載の発明は、「前記金層
の厚さは、約300〜2000オングストロームである
請求項50記載の集積回路パッケージ。」であり、請求
項52に記載の発明は、「前記ダイ搭載面には、接着プ
ロモータ層と、導電層と、最上部メタライズ層とを含む
一連のメタライズ加工が施されている請求項1記載の集
積回路パッケージ。」である。請求項53に記載の発明
は、「接着プロモータ層は、チタンと、クロムと、チタ
ン/タングステン合金と、チタン/モリブデン合金とを
含む群から選択された材料である請求項52記載の集積
回路パッケージ。」である。
保護層は、金である請求項43記載の集積回路パッケー
ジ。」であり、請求項51に記載の発明は、「前記金層
の厚さは、約300〜2000オングストロームである
請求項50記載の集積回路パッケージ。」であり、請求
項52に記載の発明は、「前記ダイ搭載面には、接着プ
ロモータ層と、導電層と、最上部メタライズ層とを含む
一連のメタライズ加工が施されている請求項1記載の集
積回路パッケージ。」である。請求項53に記載の発明
は、「接着プロモータ層は、チタンと、クロムと、チタ
ン/タングステン合金と、チタン/モリブデン合金とを
含む群から選択された材料である請求項52記載の集積
回路パッケージ。」である。
【0033】請求項54に記載の発明は、「接着プロモ
ータ層の厚さは、約500〜2000オングストローム
である請求項53記載の集積回路パッケージ。」であ
り、請求項55に記載の発明は、「前記導電層は銅であ
る請求項52記載の集積回路パッケージ。」である。請
求項56に記載の発明は、「前記銅層の厚さは、約5〜
10ミクロンである請求項55記載の集積回路パッケー
ジ。」であり、請求項57に記載の発明は、「前記最上
部メタライズ層は、クロムである請求項52記載の集積
回路パッケージ。」である。請求項58に記載の発明
は、「前記クロム層の厚さは、約300〜1000オン
グストロームである請求項57記載の集積回路パッケー
ジ。」である。
ータ層の厚さは、約500〜2000オングストローム
である請求項53記載の集積回路パッケージ。」であ
り、請求項55に記載の発明は、「前記導電層は銅であ
る請求項52記載の集積回路パッケージ。」である。請
求項56に記載の発明は、「前記銅層の厚さは、約5〜
10ミクロンである請求項55記載の集積回路パッケー
ジ。」であり、請求項57に記載の発明は、「前記最上
部メタライズ層は、クロムである請求項52記載の集積
回路パッケージ。」である。請求項58に記載の発明
は、「前記クロム層の厚さは、約300〜1000オン
グストロームである請求項57記載の集積回路パッケー
ジ。」である。
【0034】
【発明の実施の形態】以下の好適実施例の詳細な説明に
おいては、図面を通じて同一要素は同一番号で表されて
いる。図1には従来技術によるマルチ層ボールグリッド
アレイ(BGA)が断面図で示されている。当業界技術
者であれば理解しようが、アレイ用の充分な数のボール
1を提供するには、基板のマルチ層(本例では4層)2
が必要であり、それらは前述の従来技術の弱点の原因と
なっている。多数の相互接続箇所をボールグリッドアレ
イ(BGA)の形態で提供し、且つ、単層基板を維持す
ることにより本発明が解決を図っているのはまさにそれ
らの弱点である。
おいては、図面を通じて同一要素は同一番号で表されて
いる。図1には従来技術によるマルチ層ボールグリッド
アレイ(BGA)が断面図で示されている。当業界技術
者であれば理解しようが、アレイ用の充分な数のボール
1を提供するには、基板のマルチ層(本例では4層)2
が必要であり、それらは前述の従来技術の弱点の原因と
なっている。多数の相互接続箇所をボールグリッドアレ
イ(BGA)の形態で提供し、且つ、単層基板を維持す
ることにより本発明が解決を図っているのはまさにそれ
らの弱点である。
【0035】本発明の基本的概念は以下の説明を通じて
一貫しており、例示するいくつかの好適実施例はその概
念の単なる変形であり、その形態に本発明が限定される
ものではない。説明を容易にするため各図面を随時利用
する。
一貫しており、例示するいくつかの好適実施例はその概
念の単なる変形であり、その形態に本発明が限定される
ものではない。説明を容易にするため各図面を随時利用
する。
【0036】本発明の説明を目的として、充分に焼結し
たセラミックス材料からなる単層基板を利用する。この
好適な材料は、酸化アルミニウム(Al2O3)、窒化ア
ルミニウム(AlN)、酸化ベリリウム(BeO)、窒
化ボロン(BN)、炭化珪素(SiC)等であるが、こ
れらに限定されない。周知な焼結方法がこの基板材料の
形成に利用される。本発明に使用される基板10の好適
な開始厚(starting thickness)は約0.040インチ
(約1.02mm)である。
たセラミックス材料からなる単層基板を利用する。この
好適な材料は、酸化アルミニウム(Al2O3)、窒化ア
ルミニウム(AlN)、酸化ベリリウム(BeO)、窒
化ボロン(BN)、炭化珪素(SiC)等であるが、こ
れらに限定されない。周知な焼結方法がこの基板材料の
形成に利用される。本発明に使用される基板10の好適
な開始厚(starting thickness)は約0.040インチ
(約1.02mm)である。
【0037】基板10が完全に準備されると、バイア
(vias:バイアホール)22と25とが所定のパターン
でドリル加工される。バイア22と25とはいかなる方
法で提供されても構わないが、所定位置に非常に正確に
バイアを提供するにはコンピュータ制御式レーザーの使
用が適している。
(vias:バイアホール)22と25とが所定のパターン
でドリル加工される。バイア22と25とはいかなる方
法で提供されても構わないが、所定位置に非常に正確に
バイアを提供するにはコンピュータ制御式レーザーの使
用が適している。
【0038】多数の放熱バイア25を基板10の中央部
に提供することが望ましい。中央部はダイ30が配置さ
れる部分である。放熱バイア25は、ダイ30から熱を
吸引し、収集された熱を放散させるために以下に述べる
構造と協調作用する。パワー/シグナルバイア22は、
基板10の周辺部に配置される。または、パワー/接地
バイア(power and ground vias) を(特にフリップチ
ップダイ搭載用である場合)チップの下に配置すること
もできる。全バイアは互いに約0.050インチ(約1.
27mm)離れて縦横列に設置されるのが一般的であ
る。図9に示すようなレギュラー間隔の場合では、この
値はバイア間の唯一の間隔である。しかし、間入ピッチ
(interstitial pitch)が採用されたときには、図10
から理解されるように、整合状態の縦横列にはそれぞれ
約0.050インチのスペースが与えられるが、図示の
ごとく縦横バイアは非整合状態(中間位置)に提供され
ているので、隣接バイア間には約0.025インチの間
隔が提供されているだけである。これにより、各縦列ま
たは横列のバイア間の間隔は0.050インチに保たれ
たままで、単位面積当りにさらに多くのバイアが提供さ
れる。縦横列とも充分にその機能を果たす。フリップチ
ップが適用される場合には、ICダイのパッドレイアウ
トの提供に小型のイレギュラーバイアパターンが多用さ
れる。
に提供することが望ましい。中央部はダイ30が配置さ
れる部分である。放熱バイア25は、ダイ30から熱を
吸引し、収集された熱を放散させるために以下に述べる
構造と協調作用する。パワー/シグナルバイア22は、
基板10の周辺部に配置される。または、パワー/接地
バイア(power and ground vias) を(特にフリップチ
ップダイ搭載用である場合)チップの下に配置すること
もできる。全バイアは互いに約0.050インチ(約1.
27mm)離れて縦横列に設置されるのが一般的であ
る。図9に示すようなレギュラー間隔の場合では、この
値はバイア間の唯一の間隔である。しかし、間入ピッチ
(interstitial pitch)が採用されたときには、図10
から理解されるように、整合状態の縦横列にはそれぞれ
約0.050インチのスペースが与えられるが、図示の
ごとく縦横バイアは非整合状態(中間位置)に提供され
ているので、隣接バイア間には約0.025インチの間
隔が提供されているだけである。これにより、各縦列ま
たは横列のバイア間の間隔は0.050インチに保たれ
たままで、単位面積当りにさらに多くのバイアが提供さ
れる。縦横列とも充分にその機能を果たす。フリップチ
ップが適用される場合には、ICダイのパッドレイアウ
トの提供に小型のイレギュラーバイアパターンが多用さ
れる。
【0039】バイア22と25とは、好適には、W−C
u又はW−CuAg(CuAgは、共晶(eutectic)Cu
Ag合金)のごときバイメタル又はトリメタル複合物で
充填される。バイアは適当な周知方法を利用してこれら
材料によって充填される。バイア充填に続いて、ダイ搭
載側11とボール搭載側13の両面のラップ仕上げ(la
pping)によって約2.0ミクロインチ(約5.1ミクロ
センチ)/半径以下にすることで基板の最終厚が達成さ
れる。図11にて基板10の表面メタライズ加工を説明
する。ダイ搭載面11は図11の基板10の上側で、ボ
ール搭載面13は図11の基板10の下側である。
u又はW−CuAg(CuAgは、共晶(eutectic)Cu
Ag合金)のごときバイメタル又はトリメタル複合物で
充填される。バイアは適当な周知方法を利用してこれら
材料によって充填される。バイア充填に続いて、ダイ搭
載側11とボール搭載側13の両面のラップ仕上げ(la
pping)によって約2.0ミクロインチ(約5.1ミクロ
センチ)/半径以下にすることで基板の最終厚が達成さ
れる。図11にて基板10の表面メタライズ加工を説明
する。ダイ搭載面11は図11の基板10の上側で、ボ
ール搭載面13は図11の基板10の下側である。
【0040】ダイ搭載面11は、セラミックス基板10
に直接ボンドされた接着プロモータ層6を含む。接着プ
ロモータ層6は、好適には約500−2000オングス
トローム厚の薄膜クロム、薄膜チタン、または薄膜チタ
ン/タングステン合金、またはチタン/モリブデン合金
である。しかし、接着プロモータ層6は、基板に採用さ
れるセラミックス材料と、プロモータにボンドされる導
電層7との両方に充分な接着性を付与するならいかなる
材料であってもよい。導電層7は、好適には約5〜10
ミクロン(micrometers) の厚さの銅である。銅は導電
特性が優れているからである。導電層7の上にはバッフ
ァ層8が提供される。バッファ層8は一般的に約1〜
3.5ミクロンの薄膜ニッケル層である。バッファ層の
役割は、最終保護層への銅の影響を防止することであ
る。最後に、保護層9が約2〜3.5ミクロンの厚さで
提供される。保護層9の材料としては金が適している。
ダイ搭載面11及びボール搭載面13に提供されるこれ
ら金属加工層は、スパッタリング、強化イオンプレーテ
ィング(enhanced ion plating)、低温アーク蒸着(lo
w temperature arc vapor deposition)等の従来の被覆
方法によって提供が可能であるが、限定されない。
に直接ボンドされた接着プロモータ層6を含む。接着プ
ロモータ層6は、好適には約500−2000オングス
トローム厚の薄膜クロム、薄膜チタン、または薄膜チタ
ン/タングステン合金、またはチタン/モリブデン合金
である。しかし、接着プロモータ層6は、基板に採用さ
れるセラミックス材料と、プロモータにボンドされる導
電層7との両方に充分な接着性を付与するならいかなる
材料であってもよい。導電層7は、好適には約5〜10
ミクロン(micrometers) の厚さの銅である。銅は導電
特性が優れているからである。導電層7の上にはバッフ
ァ層8が提供される。バッファ層8は一般的に約1〜
3.5ミクロンの薄膜ニッケル層である。バッファ層の
役割は、最終保護層への銅の影響を防止することであ
る。最後に、保護層9が約2〜3.5ミクロンの厚さで
提供される。保護層9の材料としては金が適している。
ダイ搭載面11及びボール搭載面13に提供されるこれ
ら金属加工層は、スパッタリング、強化イオンプレーテ
ィング(enhanced ion plating)、低温アーク蒸着(lo
w temperature arc vapor deposition)等の従来の被覆
方法によって提供が可能であるが、限定されない。
【0041】フリップチップ(flip chip)が採用され
るときには、次のような条件でメタライズ加工(metaliz
e)するのが望ましいことがある。即ち、1)約500〜
2000オングストロームの接着プロモータ層、2)約
5〜10ミクロンの導電層、3)約300〜1000オ
ングストロームのクロム層を順次被覆加工する。
るときには、次のような条件でメタライズ加工(metaliz
e)するのが望ましいことがある。即ち、1)約500〜
2000オングストロームの接着プロモータ層、2)約
5〜10ミクロンの導電層、3)約300〜1000オ
ングストロームのクロム層を順次被覆加工する。
【0042】ボール搭載面(図11参照)は、ダイ搭載
面の最初の3層のメタライズ加工を採用するか、あるい
は4層全部を採用することができる。第1層は、接着プ
ロモータ層6の場合と同一の材料から選択される接着プ
ロモータ層14である。前記同様に、好適には銅である
導電層15がプロモータ層14の上に積層される。第3
層は好適にはニッケルである金属層16であり、ボール
17をパッケージに搭載させるAgCu共晶合金の接着
に対して良好な表面を提供する。次に金の保護層を積層
してもよい。各ボール面層の厚みは次のごとくである。 1)接着プロモータ層:500〜2000オングストロ
ーム 2)導電層:3〜5ミクロン 3)バッファ層:2〜5ミクロン 4)金層(保護層):300〜2000オングストロー
ム
面の最初の3層のメタライズ加工を採用するか、あるい
は4層全部を採用することができる。第1層は、接着プ
ロモータ層6の場合と同一の材料から選択される接着プ
ロモータ層14である。前記同様に、好適には銅である
導電層15がプロモータ層14の上に積層される。第3
層は好適にはニッケルである金属層16であり、ボール
17をパッケージに搭載させるAgCu共晶合金の接着
に対して良好な表面を提供する。次に金の保護層を積層
してもよい。各ボール面層の厚みは次のごとくである。 1)接着プロモータ層:500〜2000オングストロ
ーム 2)導電層:3〜5ミクロン 3)バッファ層:2〜5ミクロン 4)金層(保護層):300〜2000オングストロー
ム
【0043】ボール17は、銅製でもよいが、通常は、
ボール17は、95%Pb 5%Sn、または、90%
Pb 10%Sn等の高い融点を有したソルダー材料製
である。このような場合、金属層16を省略して、ソル
ダー製ボール17との間で良好な接着性を有した銅層1
5にボール17を直載させてもよい。
ボール17は、95%Pb 5%Sn、または、90%
Pb 10%Sn等の高い融点を有したソルダー材料製
である。このような場合、金属層16を省略して、ソル
ダー製ボール17との間で良好な接着性を有した銅層1
5にボール17を直載させてもよい。
【0044】キャプチャーパッド(capture pad) 18を
バイア22と電気的接触状態で基板10の両面に配置す
る。個々のバイアは、直径が約0.006インチ(約0.
15mm)であるが、トレースやボールの提供のために
キャプチャーパッド18は直径が約0.010インチ
(約0.25mm)の部位を提供する。従って、その搭
載作業はずっと楽になる。キャプチャーパッド18は好
適にはフォトレジストエッチング手法、物理的マスキン
グ手法、リフトオフ手法(lift-off process)またはデ
ュポン社9922窒素焼成可能銅ペースト(nitrogen f
ireable copper paste)のごとき銅厚膜ペースト(copp
er thick film paste)の塗布によって提供が可能であ
る。
バイア22と電気的接触状態で基板10の両面に配置す
る。個々のバイアは、直径が約0.006インチ(約0.
15mm)であるが、トレースやボールの提供のために
キャプチャーパッド18は直径が約0.010インチ
(約0.25mm)の部位を提供する。従って、その搭
載作業はずっと楽になる。キャプチャーパッド18は好
適にはフォトレジストエッチング手法、物理的マスキン
グ手法、リフトオフ手法(lift-off process)またはデ
ュポン社9922窒素焼成可能銅ペースト(nitrogen f
ireable copper paste)のごとき銅厚膜ペースト(copp
er thick film paste)の塗布によって提供が可能であ
る。
【0045】ダイ搭載面11は、ワイヤボンド20を介
したダイ30の電気的搭載のための複数のワイヤボンデ
ィングパッド19で囲まれたダイ搭載部12か、ダイ周
辺あるいは下側(図示せず)のフリップチップ搭載パッ
ド(attachment pads)をさらに含む。基板10のBG
A面13で、熱拡散パッド21は、前述したBGA面1
3の場合と同様にメタライズ加工される。
したダイ30の電気的搭載のための複数のワイヤボンデ
ィングパッド19で囲まれたダイ搭載部12か、ダイ周
辺あるいは下側(図示せず)のフリップチップ搭載パッ
ド(attachment pads)をさらに含む。基板10のBG
A面13で、熱拡散パッド21は、前述したBGA面1
3の場合と同様にメタライズ加工される。
【0046】図2と5にはパッケージの一実施例が示さ
れている。これは基板10の周辺部の、リッド32でカ
バーされない複数の回路トレース5(図12参照)を保
護的にカバーするパッシブ絶縁保護層(passive insula
tive protection layer)31を含んでいる。保護層3
1は好適にはグラス製またはエポキシ製あるいはポリイ
ミド製であるが、他の同様に絶縁体である材料であって
もよい。
れている。これは基板10の周辺部の、リッド32でカ
バーされない複数の回路トレース5(図12参照)を保
護的にカバーするパッシブ絶縁保護層(passive insula
tive protection layer)31を含んでいる。保護層3
1は好適にはグラス製またはエポキシ製あるいはポリイ
ミド製であるが、他の同様に絶縁体である材料であって
もよい。
【0047】保護層31は基板全体を必ずしも覆っては
おらず、ダイ30とワイヤボンディングパッド19、ま
たはフリップチップ接触パッドを露出させるのに充分な
サイズの中央開口部を定義する。以下に説明するように
リッドをボンドするため、シールリング33が、保護層
31の上であって、ワイヤボンディングパッド19によ
って定義される形状部の周囲に隣接して提供される。シ
ールリング33は一般的に回路トレース5と同材料で提
供される。好適には材料は金である。リッド32は好適
にはニッケルあるいはコバル(kovar)であり、通常は
ディープドラウン加工(deep drawn)されている。しか
し、他の方法でも同様に有効で効果的である。利用法に
よってはリッド32には金メッキが施される。
おらず、ダイ30とワイヤボンディングパッド19、ま
たはフリップチップ接触パッドを露出させるのに充分な
サイズの中央開口部を定義する。以下に説明するように
リッドをボンドするため、シールリング33が、保護層
31の上であって、ワイヤボンディングパッド19によ
って定義される形状部の周囲に隣接して提供される。シ
ールリング33は一般的に回路トレース5と同材料で提
供される。好適には材料は金である。リッド32は好適
にはニッケルあるいはコバル(kovar)であり、通常は
ディープドラウン加工(deep drawn)されている。しか
し、他の方法でも同様に有効で効果的である。利用法に
よってはリッド32には金メッキが施される。
【0048】図2と5に示す好適実施例でのリッド32
の搭載は、導電性エポキシ材料、ソルダー(Pb/S
n)、AuGeブレーズ合金材料を使用してボンディン
グ部位32aのリッド32をシールリング33にボンド
することで行われる。当業者であれば他の材料も利用可
能であり、前記材料が好適であることを理解しよう。
の搭載は、導電性エポキシ材料、ソルダー(Pb/S
n)、AuGeブレーズ合金材料を使用してボンディン
グ部位32aのリッド32をシールリング33にボンド
することで行われる。当業者であれば他の材料も利用可
能であり、前記材料が好適であることを理解しよう。
【0049】本発明の別実施例において、保護層31は
基板10全体をカバーするリッド34によって不要とな
る(図3と6参照)。この場合のシールリング35は、
基板10の外側周辺部に沿い、バイア22の最外側列に
よって定義される部位または領域の外側に配置される。
その他に関しては、リッド34とボンディング部位34
aとは、リッド32とボンディング部位32aと同様で
ある。
基板10全体をカバーするリッド34によって不要とな
る(図3と6参照)。この場合のシールリング35は、
基板10の外側周辺部に沿い、バイア22の最外側列に
よって定義される部位または領域の外側に配置される。
その他に関しては、リッド34とボンディング部位34
aとは、リッド32とボンディング部位32aと同様で
ある。
【0050】図4と7に図示された第3の実施例は、図
2と5の実施例とほぼ同様にパッシブ絶縁保護層31を
採用している。この実施例ではシールリング33とリッ
ドとを接着するかわりに、ダイとワイヤボンド上にエポ
キシのブロブ38が提供されており、それらを保護して
いる。
2と5の実施例とほぼ同様にパッシブ絶縁保護層31を
採用している。この実施例ではシールリング33とリッ
ドとを接着するかわりに、ダイとワイヤボンド上にエポ
キシのブロブ38が提供されており、それらを保護して
いる。
【0051】図13に断面図で提供された別実施例で
は、セラミックスリッド36が採用されてパッケージ全
体をカバーしている。このリッド36の好適材料は基板
と同一のものでよい。リッド36は好適には少なくとも
1面がメタライズ加工されている。リッド36はボンデ
ィング部位37のエポキシ接着フレームによって基板1
0に接着されている。
は、セラミックスリッド36が採用されてパッケージ全
体をカバーしている。このリッド36の好適材料は基板
と同一のものでよい。リッド36は好適には少なくとも
1面がメタライズ加工されている。リッド36はボンデ
ィング部位37のエポキシ接着フレームによって基板1
0に接着されている。
【0052】本発明は、各実施例において、信号の明瞭
性を犠牲にせず、製造の困難性(及び付随コスト)の問
題を排除した、サイズに比して高入力/出力(I/O)
比を有したパッケージを提供する。
性を犠牲にせず、製造の困難性(及び付随コスト)の問
題を排除した、サイズに比して高入力/出力(I/O)
比を有したパッケージを提供する。
【0053】以上、本発明をいくつかの好適実施例を利
用して説明してきたが、本発明の精神とスコープとから
逸脱せずに多様な改良と変更とをそれら好適実施例に施
すことは可能であろう。よって、それら実施例は本発明
の説明を目的として採用されており、本発明の限定は意
図されていない。
用して説明してきたが、本発明の精神とスコープとから
逸脱せずに多様な改良と変更とをそれら好適実施例に施
すことは可能であろう。よって、それら実施例は本発明
の説明を目的として採用されており、本発明の限定は意
図されていない。
【0054】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明において
は、従来技術によるBGAパッケージの問題と限定要因
とを軽減あるいは大幅に改善でき、層数が増加すること
なく、共平面度の厳密な制御が可能なパッケージを提供
することができる。さらに、本発明は、低製造コストで
ありながら、マルチ層の弱点を克服する最小サイズのパ
ッケージを提供することができるという優れた効果を奏
する。
は、従来技術によるBGAパッケージの問題と限定要因
とを軽減あるいは大幅に改善でき、層数が増加すること
なく、共平面度の厳密な制御が可能なパッケージを提供
することができる。さらに、本発明は、低製造コストで
ありながら、マルチ層の弱点を克服する最小サイズのパ
ッケージを提供することができるという優れた効果を奏
する。
【0055】本発明は、デジタル集積回路用の単チップ
式及びマルチチップ式パッケージにおいて、ボールグリ
ッドアレイに接続された多数のバイメタル(bi-metalli
c)またはトリメタル(tri-metallic)充填バイア(via
s)により、小単位面積により多くの接続を提供できる
単層セラミックス基板を提供することができる。
式及びマルチチップ式パッケージにおいて、ボールグリ
ッドアレイに接続された多数のバイメタル(bi-metalli
c)またはトリメタル(tri-metallic)充填バイア(via
s)により、小単位面積により多くの接続を提供できる
単層セラミックス基板を提供することができる。
【図1】 従来のマルチ層基板とボールグリッドアレイ
とを示す断面図。
とを示す断面図。
【図2】 本発明の1実施例の分解斜視図である。
【図3】 本発明の別実施例の分解斜視図である。
【図4】 本発明のさらに別な実施例の斜視図である。
【図5】 図2の5−5線から見た断面図である。
【図6】 図3の6−6線から見た断面図である。
【図7】 図4の7−7線から見た断面図である。
【図8】 フリップチップ30aを採用した1実施例の
断面図である。
断面図である。
【図9】 ドリル加工されたバイアを有した基板を示す
平面図である。バイアはレギュラーパターンで提供され
ている。
平面図である。バイアはレギュラーパターンで提供され
ている。
【図10】 ドリル加工されたバイアを有した基板を示
す平面図である。バイアは間入(interstitial)パター
ンで提供されている。
す平面図である。バイアは間入(interstitial)パター
ンで提供されている。
【図11】 本発明基板の略式断面図であり、ダイ搭載
側とBGA側とのメタライズ加工層を示している。
側とBGA側とのメタライズ加工層を示している。
【図12】 本発明基板のダイ搭載側の平面図であり、
パッケージのトレースパターンを示している。
パッケージのトレースパターンを示している。
【図13】 サイズマッチした(size matched)セラミ
ックスカバーを有したパッケージの断面図である。
ックスカバーを有したパッケージの断面図である。
5 回路トレース 6 プロモータ層 7 導電層 8 バッファ層 9 保護層 10 基板 11 ダイ搭載面 12 ダイ搭載部 13 ボール搭載面 16 金属層 17 ボール 19 ワイヤボンディングパッド 20 ワイヤボンド 22 バイア 25 バイア 30 ダイ 31 保護層 32 リッド 33 シールリング 34 リッド 36 リッド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エム. ピー. ラマチャンドラ パニッ カー アメリカ合衆国 カリフォルニア州 93012, カマリロ アラビアン プレイ ス 6075 (72)発明者 ジョージ エム. ヘルナンデズ アメリカ合衆国 アリゾナ州 85204, メーサ イー. ジャービス 1920
Claims (58)
- 【請求項1】 デジタル式集積回路パッケージであっ
て、 a)所定パターンのバイア(vias)を有した単層基板
と、 b)該単層基板上で電気的に相互接触させるために、複
数のバイアに対して複数のワイヤボンディングパッド又
はフリップチップ搭載パッドの少なくとも1つから延び
ている複数の回路トレースと、 c)前記バイアと、前記トレースと、前記ワイヤボンデ
ィングパッドと、少なくとも1つのワイヤボンドと、少
なくとも1つのダイとを環境の影響から保護するために
提供された少なくとも1つの保護体と、 d)前記少なくとも1つのダイが提供された前記基板面
とは反対側の面に提供された複数の導電性ボールと、を
含むことを特徴とするデジタル式集積回路パッケージ。 - 【請求項2】 前記単層は、充分に焼結されたセラミッ
クス材料であることを特徴とする請求項1記載の集積回
路パッケージ。 - 【請求項3】 前記セラミックス材料は、酸化アルミニ
ウム(Al2O3)であることを特徴とする請求項2記載
の集積回路パッケージ。 - 【請求項4】 前記セラミックス材料は、窒化アルミニ
ウム(AlN)であることを特徴とする請求項2記載の
集積回路パッケージ。 - 【請求項5】 前記バイアパターンは、放熱用の高密度
中央部パターンと、シグナル/パワー用の周辺部パター
ンとを含んでいることを特徴とする請求項1記載の集積
回路パッケージ。 - 【請求項6】 前記シグナル/パワーバイアは、約0.
050〜0.025インチ(約1.27〜0.64mm)
の範囲の列間距離を維持していることを特徴とする請求
項5記載の集積回路パッケージ。 - 【請求項7】 前記シグナル/パワーバイアは、約0.
050インチ(約1.27mm)の整合列間距離を維持
しており、間入列との間隔は、約0.025インチ(約
0.64mm)であることを特徴とする請求項5記載の
集積回路パッケージ。 - 【請求項8】 前記回路トレースには、接着プロモータ
層と、導電層と、バッファ層と、保護層とを含む層化メ
タライズ加工が施されていることを特徴とする請求項1
記載の集積回路パッケージ。 - 【請求項9】 前記回路トレースの幅は、約0.002
インチ(約0.051mm)であることを特徴とする請
求項8記載の集積回路パッケージ。 - 【請求項10】 前記ワイヤボンディングパッドには、
接着プロモータ層と、導電層と、バッファ層と、保護層
とを含む層化メタライズ加工が施されていることを特徴
とする請求項1記載の集積回路パッケージ。 - 【請求項11】 前記バイアはバイメタル複合物で充填
されていることを特徴とする請求項1記載の集積回路パ
ッケージ。 - 【請求項12】 前記バイメタル複合物は、銅−タング
ステンであることを特徴とする請求項11記載の集積回
路パッケージ。 - 【請求項13】 前記バイアは、トリメタル複合物で充
填されていることを特徴とする請求項1記載の集積回路
パッケージ。 - 【請求項14】 前記トリメタル複合物は、銅−銀−タ
ングステンであることを特徴とする請求項13記載の集
積回路パッケージ。 - 【請求項15】 前記トレース間の距離は、約0.00
2インチ(約0.051mm)であることを特徴とする
請求項1記載の集積回路パッケージ。 - 【請求項16】 前記保護体は、前記基板の周辺部から
前記ワイヤボンディングパッドの近辺内にまで延びた保
護コーティング層を含み、該保護コーティング層にはカ
バー体が接着されており、該カバー体は、前記ワイヤボ
ンディングパッドと、前記ワイヤボンドと、少なくとも
1つのダイとを覆っていることを特徴とする請求項1記
載の集積回路パッケージ。 - 【請求項17】 前記保護体は、前記基板の外側周辺部
に接着されたカバー体を含み、該カバー体は本パッケー
ジ全体を覆っていることを特徴とする請求項1記載の集
積回路パッケージ。 - 【請求項18】 前記保護体は、前記基板の周辺部から
前記ワイヤボンディングパッドの近辺内にまで延びた保
護コーティング層を含み、該保護コーティング層のパッ
ケージカバー部分であって、前記ワイヤボンディングパ
ッドと、前記ワイヤボンドと、少なくとも1つの前記ダ
イとにエポキシ製ブロブが提供されていることを特徴と
する請求項1記載の集積回路パッケージ。 - 【請求項19】 前記カバー体は、金属とコバルとから
なる群から選択されていることを特徴とする請求項16
記載の集積回路パッケージ。 - 【請求項20】 前記カバー体は、導電性金属でメッキ
加工されていることを特徴とする請求項19記載の集積
回路パッケージ。 - 【請求項21】 前記導電性金属は、金であることを特
徴とする請求項20記載の集積回路パッケージ。 - 【請求項22】 前記カバー体は、セラミックス材料を
含んでいることを特徴とする請求項17記載の集積回路
パッケージ。 - 【請求項23】 前記セラミックス材料は、酸化アルミ
ニウム(Al2O3)であることを特徴とする請求項22
記載の集積回路パッケージ。 - 【請求項24】 前記セラミックス材料は、窒化アルミ
ニウム(AlN)であることを特徴とする請求項22記
載の集積回路パッケージ。 - 【請求項25】 前記カバー体は、金属とコバルとから
なる群から選択されていることを特徴とする請求項17
記載の集積回路パッケージ。 - 【請求項26】 前記カバー体は、導電性金属でメッキ
加工されていることを特徴とする請求項25記載の集積
回路パッケージ。 - 【請求項27】 前記導電性金属は、金であることを特
徴とする請求項26記載の集積回路パッケージ。 - 【請求項28】 前記保護コーティング層は、グラス材
料であることを特徴とする請求項16記載の集積回路パ
ッケージ。 - 【請求項29】 前記保護コーティング層は、ポリイミ
ドまたはエポキシ材料であることを特徴とする請求項1
6記載の集積回路パッケージ。 - 【請求項30】 前記保護コーティング層は、絶縁材料
であることを特徴とする請求項16記載の集積回路パッ
ケージ。 - 【請求項31】 前記保護コーティング層は、グラス材
料であることを特徴とする請求項18記載の集積回路パ
ッケージ。 - 【請求項32】 前記保護コーティング層は、ポリイミ
ド材料であることを特徴とする請求項18記載の集積回
路パッケージ。 - 【請求項33】 前記保護コーティング層は、絶縁材料
であることを特徴とする請求項18記載の集積回路パッ
ケージ。 - 【請求項34】 前記ダイ搭載面には、接着プロモータ
層と、導電層と、バッファ層と、仕上げ保護層とを含む
一連のメタライズ加工が施されていることを特徴とする
請求項1記載の集積回路パッケージ。 - 【請求項35】 前記接着プロモータ層は、チタンと、
クロムと、チタン/タングステン合金と、チタン/モリ
ブデン合金とを含む群から選択された材料であることを
特徴とする請求項34記載の集積回路パッケージ。 - 【請求項36】 前記接着プロモータ層の厚さは、約5
00〜2000オングストロームであることを特徴とす
る請求項35記載の集積回路パッケージ。 - 【請求項37】 前記導電層は銅であることを特徴とす
る請求項34記載の集積回路パッケージ。 - 【請求項38】 前記銅層の厚さは、約5〜10ミクロ
ンであることを特徴とする請求項37記載の集積回路パ
ッケージ。 - 【請求項39】 前記バッファ層は、ニッケルであるこ
とを特徴とする請求項34記載の集積回路パッケージ。 - 【請求項40】 前記ニッケル層の厚さは、約1〜3.
5ミクロンであることを特徴とする請求項39記載の集
積回路パッケージ。 - 【請求項41】 前記仕上げ保護層は、金であることを
特徴とする請求項34記載の集積回路パッケージ。 - 【請求項42】 前記金層の厚さは、約2〜3.5ミク
ロンであることを特徴とする請求項41記載の集積回路
パッケージ。 - 【請求項43】 前記基板の別面には、接着プロモータ
層と、導電層と、保護層とを含む一連のメタライズ加工
が施されていることを特徴とする請求項1記載の集積回
路パッケージ。 - 【請求項44】 前記接着プロモータ層は、チタンと、
クロムと、チタン/タングステン合金と、チタン/モリ
ブデン合金とを含む群から選択された材料であることを
特徴とする請求項43記載の集積回路パッケージ。 - 【請求項45】 前記接着プロモータ層の厚さは、約5
00〜2000オングストロームであることを特徴とす
る請求項44記載の集積回路パッケージ。 - 【請求項46】 前記導電層は銅であることを特徴とす
る請求項43記載の集積回路パッケージ。 - 【請求項47】 前記銅層の厚さは、約3〜5ミクロン
であることを特徴とする請求項46記載の集積回路パッ
ケージ。 - 【請求項48】 前記バッファ層は、ニッケルであるこ
とを特徴とする請求項39記載の集積回路パッケージ。 - 【請求項49】 前記ニッケル層の厚さは、約2.0〜
5ミクロンであることを特徴とする請求項48記載の集
積回路パッケージ。 - 【請求項50】 前記仕上げ保護層は、金であることを
特徴とする請求項43記載の集積回路パッケージ。 - 【請求項51】 前記金層の厚さは、約300〜200
0オングストロームであることを特徴とする請求項50
記載の集積回路パッケージ。 - 【請求項52】 前記ダイ搭載面には、接着プロモータ
層と、導電層と、最上部メタライズ層とを含む一連のメ
タライズ加工が施されていることを特徴とする請求項1
記載の集積回路パッケージ。 - 【請求項53】 前記接着プロモータ層は、チタンと、
クロムと、チタン/タングステン合金と、チタン/モリ
ブデン合金とを含む群から選択された材料であることを
特徴とする請求項52記載の集積回路パッケージ。 - 【請求項54】 前記接着プロモータ層の厚さは、約5
00〜2000オングストロームであることを特徴とす
る請求項53記載の集積回路パッケージ。 - 【請求項55】 前記導電層は銅であることを特徴とす
る請求項52記載の集積回路パッケージ。 - 【請求項56】 前記銅層の厚さは、約5〜10ミクロ
ンであることを特徴とする請求項55記載の集積回路パ
ッケージ。 - 【請求項57】 前記最上部メタライズ層は、クロムで
あることを特徴とする請求項52記載の集積回路パッケ
ージ。 - 【請求項58】 前記クロム層の厚さは、約300〜1
000オングストロームであることを特徴とする請求項
57記載の集積回路パッケージ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US47109595A | 1995-06-06 | 1995-06-06 | |
| US08/471095 | 1995-06-06 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09213829A true JPH09213829A (ja) | 1997-08-15 |
Family
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