(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１表面と、前記第１表面より高くて前記第１表面の周りに形成された第２表面とを有する基板、
前記第１表面上に配置される最下部の半導体チップ、
該最下部の半導体チップの上に少なくとも１つの半導体チップが積層されたとき、最上部に位置する最上部の半導体チップ、
前記積層された半導体チップの上部表面に有する信号伝達のための多数のパッド、
前記基板に設けられ、前記最上部の半導体チップ以外の半導体チップのパッドら中の一部とその一側端らとが連結し、他側端部が前記第２表面に露出された多数のリード、及び
前記最上部の半導体チップの表面と前記基板の第２表面とに形成され、前記半導体チップのパッドら及び前記基板の第２表面に露出されたリードらと電気的に連結した多数の導電性半田ボールを
備えたことを特徴とする
ボールグリッドアレイパッケージ。
【請求項２】
前記最上部の半導体チップのパッドと、前記最上部の半導体チップのパッドらに連結した半田ボールらとの間に介在されたコンプラインアント（Compliant ）層を更に含み、前記コンプライアント層は、前記最上部の半導体チップのパッドと、前記最上部の半導体チップのパッドらを互いに電気的に連結する導電性のパターン層と、前記半導体チップへの外部衝撃を緩和するための緩衝層とを含むことを特徴とする
請求項１記載のボールグリッドアレイパッケージ。
【請求項３】
前記緩衝層は弾性ゴム（elastomer）であることを特徴とする
請求項２記載のボールグリッドアレイパッケージ。
【請求項４】
前記リードと連結する、前記最上部の半導体チップ以外の半導体チップのパッドはワイヤによりボンディングされていることを特徴とする
請求項１記載のボールグリッドアレイパッケージ。
【請求項５】
前記ワイヤと、前記ワイヤによってボンディングされた部分とを含む部分らは、硬化された液状樹脂によって封止されていることを特徴とする
請求項４記載のボールグリッドアレイパッケージ。
【請求項６】
前記最下部の半導体チップは接着剤が介在された状態で前記基板の第１表面に付着されていることを特徴とする
請求項１記載のボールグリッドアレイパッケージ。
【請求項７】
前記パッケージは、前記積層された半導体チップら間に、第１接着層、導電性のパターンを含むキャリアフィルム、及び第２接着層の順に介在された膜らを更に含むことを特徴とする
請求項１記載のボールグリッドアレイパッケージ。
【請求項８】
第１表面と、前記第１表面より高くて前記第１表面の周りに形成された第２表面とを有する基板、
前記基板の第１表面上に配置され、その上端の表面に外部回路との信号伝達のための多数のパッドらを含む第１半導体チップ、
前記第１半導体チップの上部の表面上に配置され、前記第１半導体チップのパッドらを露出させるように、前記第１半導体チップより少ないサイズを有し、その上部に多数のパッドを含む第２半導体チップ、
前記基板に設置され、前記第１半導体チップのパッドらと電気的に連結し、前記第２表面に露出された多数のリードら、及び
前記半導体チップの表面と前記基板の表面とに形成され、前記第２半導体チップのパッドら及び前基板の第２表面に露出されたリードらと電気的に連結した多数の導電性半田ボールらを含むことを特徴とする
ボールグリッドアレイパッケージ。
【請求項９】
前記半導体チップのパッドと、前記半導体チップのパッドらに連結した半田ボールらとの間に介在されたコンプライアント層を更に含み、前記コンプライアント層は、前記半導体チップのパッドと、前記半導体チップのパットらを互いに電気的に連結する導電性のパターン層と、前記半導体チップへの外部衝撃を緩和するための緩衝層とを含むことを特徴とする
請求項８記載のボールグリッドアレイパッケージ。
【請求項１０】
前記緩衝層は弾性ゴム（elastomer ）であることを特徴とする
請求項９記載のボールグリッドアレイパッケージ。
【請求項１１】
前記リードと連結する前記第１半導体チップのパッドは、ワイヤによってボンディングされていることを特徴とする
請求項８記載のボールグリッドアレイパッケージ。
【請求項１２】
前記ワイヤと、前記ワイヤによってボンディングされた部分とを含む部分らは、硬化された液状樹脂によって封止されていることを特徴とする
請求項１１記載のボールグリッドアレイパッケージ。
【請求項１３】
前記第１半導体チップは接着剤が介在された状態で前記基板の第１表面に付着されていることを特徴とする
請求項８記載のボールグリッドアレイパッケージ。
【請求項１４】
前記パッケージは、前記第１半導体チップと前記第２半導体チップとの間に、第１接着層、導電性のパターンを含むキャリアフィルム、及び第２接着層の順に介在された膜らを含むことを特徴とする
請求項８記載のボールグリッドアレイパッケージ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、ボールグリッドアレイパッケージに関し、特に改善されたボールの配置構造を有するマイクロ−ボールグリッドアレイパッケージに関する。
【０００２】
【従来の技術】
集積回路の製造工程における急速な進展に伴い、単位チップ上に形成された数多くの単位素子らを外部環境から保護するためのパッケージング技術もやはり他の製造工程の技術と平行して発展されている。大部分の電子装置等において、パッケージ化された半導体チップらが装着される印刷回路基板の面積を、できるだけ少なくしようという努力が行なわれているのに、このような努力に相応してパッケージサイズの小型化が要求されている。パッケージサイズを小型化する技術中の一つとして、パッケージのサイズをチップサイズに相当する程度と小型化されたチップサイズパッケージ（Chip Size Package:ＣＳＰ）又はチップスケールパッケージ（Chip Scale Package: ＣＳＰ）が提示された。このようなチップスケールパッケージら中、ボールグリッドアレイパッケージ（Ball Grid Array Package:ＢＧＡ Package）は、その面積だけでなく性能及び信頼性での優れによって注目されている。このようなＢＧＡパッケージとしては、プラスチックボールグリッドアレイ（Plastic Ball Grid Array:ＰＢＧＡ）パッケージ、多層セラミックボールグリッドアレイ（Ceramic Ball Grid Array:ＣＢＧＡ）パッケージ、タブ（ＴＡＢ：Tape Automated Bonding）ボールグリッドアレイパッケージ及び類似ボールグリッドアレイ（Ball Grid Array-like）パッケージがある。以外にもテセラ社（Tessera Inc.）で開発されたマイクロボールグリッドアレイパッケージがある。
【０００３】
前述したボールグリッドアレイパッケージらは、その表面に形成された導電性のボールらを通じて外部回路との信号伝達を行う。半導体チップの集積度の増加は、前記のＢＧＡパッケージにおけるボール数を増加させることになる。ボール数の増加はボール間のショットを誘発させ、前記ボールを通した入出力データらのエラーを誘発させる。このような問題を解決するには、ボールらの直径を減少させねばならないが、これは工程上の制約によって容易に達成しにくい。
また、前記のＢＧＡパッケージを含んだ全てのパッケージらにおいて、パッケージの占める面積を増加させずに集積度を向上させる必要がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、一定面積に単位チップに実装される半導体チップの集積度の増加に相応し、外部回路との信号伝達のためのボール数の増加要求を満足させることができるボールグリッドアレイパッケージを提供することにある。
【０００５】
本発明の更に他の目的は、パッケージの占める面積を増加させずに、集積度を向上させることができボールグリッドアレイパッケージを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の一つの側面によれば、ボールグリッドアレイパッケージは、基板と、その基板内に設けられた半導体チップのような色々な要素とを含む。その基板は、第１表面と、第１表面より高くて第１表面の周りに形成された第２表面とを有する。半導体チップは、第１表面上に配設され、外部回路との信号伝達のための多数のパッドらをその上部表面に有し、各層に置かれた同一の機能を有するパッドらが互いに電気的に連結するように、少なくとも一つが積層されている。ボールグリッドアレイパッケージは、基板に設けられ、前記半導体チップのパッドら中の一部と連結し、前記第２表面に露出されている多数のリードらを含む。また、本発明のボールグリッドアレイパッケージは、半導体チップの表面と基板の第２表面とに形成され、半導体チップのパッドら及び基板の第２表面に露出されたリードらと電気的に連結した多数の導電性半田ボールを含む。
【０００７】
本発明の他の側面によれば、ボールグリッドアレイパッケージは、基板と、その二層に積層されて、基板内に設けられた半導体チップのような色々な要素とを含む。基板は、第１表面と、前記第１表面より高くて前記第１表面の周りに形成された第２表面とを有する。半導体チップは、基板の第１表面上に配置され、その上端の表面に外部回路との信号伝達のための多数のパッドらを含む第１半導体チップと、第１半導体チップの上部の表面上に配置され、第１半導体チップのパッドらを露出させるように、第１半導体チップより少ないサイズを有し、その上部に多数のパッドらを含む第２半導体チッフとを有する。また、本発明のボールグリッドアレイパッケージは、基板に設置され、第１半導体チップのパッドらと電気的に連結し、第２表面に露出されている多数のリードらを含む。併せて、本発明のボールグリッドアレイパッケージは、第２半導体チップの表面と前記基板の第２表面とに形成され、前記第２半導体チップのパッドら及び前記基板の第２表面に露出されたリードらと電気的に連結した多数の導電性半田ボールらを含む。
【０００８】
【発明の実施の形態】
Ｉ．従来の技術
図１は、従来のチップスケヘルパッケージ（Chip Scale Package）グループ中、代表的なマイクロ−ボールグリッドアレイ（μ-Ball Grid Array: μ−ＢＧＡ）概略断面図である。
図１を参照すれば、内表面２ａと外表面２ｂを有しており、内表面２ａに多数の半導体素子らが形成されており、内表面２ａの上部表面には外部回路との信号伝達のためのボンディングパッド（図示せず）らが形成されている半導体チップ２、即ちダイ（die ）が提供される。ボンディングパッドらは半導体チップ２の端部に形成されている。図１には、前記半導体チップ２の内表面２ａが下部に向かうように示されている。半導体チップ２の内表面２ａ上には弾性ゴム４及び回路配線の印刷された、柔軟性のビームリードフィルム６が順次的に積層されている。以下、前記弾性ゴム４及びビームリードフィルム６はコンプライアント層（compliant layer)と言及される。ビームリードフィルム６の配線は半導体チップ２のボンディングパッドとボンディングワイヤ８を通じて互いに電気的に連結する。前記ビームリードフィルム６の表面には半導体チップ２との信号入出力及び外部回路との電気的なコンタクトのための導電性の多数の半田ボール１０が提供される。
【０００９】
前記の構造のボールグリッドアレイパッケージは、導電性のボール１０が外部装置の印刷回路基板に形成された配線と半田付けされたり、ソケットに接続されることによって電気的な信号伝達体系をなす。
【００１０】
前記の構造のボールグリッドアレイパッケージは、だんだん高集積化及び小型化なされていく半導体チップサイズに相応するように、半田ボール数を増加させるためには、ボール直径の減少、ビームリードボンディング技術の高度化が要求される。このような要求が満たされない場合、半導体チップサイズの減少は制限を受けることになる。
【００１１】
II．本発明の技術
以下に、添付の図面を参照しながら本発明の望ましい実施例を説明する。
図２を参照すれば、本発明のボールグリッドアレイパッケージは、第１表面２２ａと第２表面２２ｂとを有する基板２２を含む。又、前記基板２２は、第１表面２２ａと第２表面２２ｂとの端部を連結する内側壁の表面２２ｃを更に含む。前記基板２２の第１表面２２ａは、その上に半導体チップ２６、３２が組み込まれるように、チップサイズより若干大きなサイズを有する。基板２２の第１表面２２ａは、基板２２の内表面の中央部に形成され、第２表面２２ｂは、第１表面２２ａより所定距離だけ高く、第１表面２２ａの端部にそって置かれられる。第１表面２２ａは、基板２２のサイズが半導体チップ２６、３２のサイズのスケールを大きく逸脱しない程度の幅を有する。
【００１２】
半導体チップ２６、３２は、第１接着剤層２４を介して第１表面２２ａにその外表面が付着された第１半導体チップ２６と、第１テープ２８ａと第２テープ２８ｂ及びそれら間に介在されたキャリアフィルム３０を介して、前記第１半導体チップ２６の上部にその外表面が付着された第２半導体チップ３２とを含む。第１半導体チップ２６と第２半導体チップ３２との端部には、ボンディングパッド（図示せず）らが形成されている。第１半導体チップ２６のボンディングパッドらが形成されている端部は、第２半導体チップ３２より所定幅だけ大きく形成される。これは第１半導体チップ２６のボンディングパッドらがその上に置かれた第２半導体３２によって覆われずらに露出されるようにするためのものである。第２半導体チップ３２上には第２半導体チップ３２の端部にあるボンディングパッドらを露出できる程度のサイズを有する弾性ゴム３４が組み込まれている。弾性ゴム３４の上部と第２半導体チップ３２端部の上面には、柔軟な導電性のビームリードフィルム３６が覆われている。このビームリードフィルム３６は、第２半導体チップ３２のボンディングパッドらが位置した端部から弾性ゴム３４の上面まで延びている多数の第１リードらを含む。このビームリードフィルム３６の第１リードらは、その一側端らが第２半導体チップ３２のボンディングパットらと電気的にコンタクトされている。その他側端らはその上に付着されている導電性の第１半田ボール３８ａらとコンタクトされている。
【００１３】
基板２２には、第２表面２２ｂと内側壁の表面２２ｃへその両側端部が露出された第２リード４０らが埋設されている。基板２２の内側壁の表面２２ｃへ露出された第２リード４０らの一側端部らは、第１半導体チップ２６の対応するボンディングパッドらとワイヤ４２によってボンディングされている。基板２２の第２表面２２ｂへ露出された第２リード４０の他側端部らは、第２表面２２ｂに形成された第２半田ボール３８ｂらとコンタクトされている。前記ワイヤ４２と、前記第２半導体チップ３２の端部に置かれた印刷回路基板とを外部の衝撃から保護すると同時に、固着させるためにシーリング剤４４がその上に覆われている。
【００１４】
前記の構造のボールグリッドアレイパッケージは、導電性の第１、第２半田ボール３８ａ、３８ｂが印刷回路基板に形成された配線と半田付けされたり、ソケットに接続されることにより電気的な信号伝達体系をなす。
【００１５】
一方、前記の第１半導体チップ２６のボンディグパッドらは、デザインルール（Design rule ）に従い、全部が第２半田ボール３８ｂらと電気的に連結することができ、また、その一部だけ第２半田ボール３８ｂらと電気的に連結することができる。一部だけ第２半田ボール３８ｂらと連結する場合、残りボンディングパッドらは、ビームリードフィルム３６の第１リードら中、第２半導体チップ３２のボンディングパッドらと連結せずに残ったリードラに連結し、第１半田ボール３８ａと連結する。
【００１６】
前記の如き、ボンディングパッドらの連結を変更することにより、本実施例の構造は、第１半導体チップ２６と第２半導体チップ３２とが同一機能を有する、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）の場合に適用できる。また、本実施例の構造は、第１半導体チップ２６と第２半導体チップ３２とが互いに異なる機能を有する場合、即ち、例えば第１半導体チップ２６が制御機能を有するマイクロプロセスで、第２半導体チップ３２はメモリ機能を有するＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）のようなメモリチップの場合にも適用できる。
【００１７】
以下、図３Ａ乃至図５Ｂを参考し、図２のボールグリッドアレイパッケージを製造するための方法を説明する。
【００１８】
図３Ａは基板２２の第１表面上に第１半導体チップ２６が組み込まれている状態を示した平面図で、図３Ｂは図３Ａの３Ｂ−３Ｂ´線にそって切断した断面図である。
図３Ａと図３Ｂを参照すれば、例えば、正六面体の形状を有し、その中央部に半導体チップが組み込まれる程度に、その端側の第２表面２２ｂの高さより所定距離だけ低い第１表面２２ａを有する基板２２が提供される。前記基板２２は、絶縁性の物質からなり、望ましくはプラスチック化合物からなる。前記基板２２の側壁の内表面２２ｃは所定の傾斜を有し、その傾斜面には図３Ｃの概略的な拡大図に示したように、第１半導体チップ２６との信号入出力のために多数の導電性の第２リード（または、スタッド：stud）４０らが埋設されている。前記第２リード４０らとしては金（Au）が用いられることが望ましい。図３Ｃに示したように、前記基板２２の側壁の内表面２２ｃは、３個ずつのリードらが同一平面上に置かれるように階段式に形成されているのは、これはリード４０らの集積度を高める。前記基板２２の第１表面２２ａ上には、その端部にそって多数のパッド電極ら（図示せず）を有する第１半導体チップ２６が接着剤２４の介在された状態で付着される。第１半導体チップ２６が付着された後、前記の第２リード４０と第１半導体チップ２６のパッド電極とを電気的に連結させるための工程が行われる。図３Ｃに示したように、本実施例では前記第１半導体チップ２６と第２リード４０とが所定間隔だけ分離された状態を維持するので、ワイヤボンディング方法を使用して各々の第２リード４０とそれに対応する各パッド電極をワイヤ４２で連結する。しかし、前記のワイヤボンディング方法は他の方法への変形も可能である。
【００１９】
図４Ａと図４Ｂを参照すれば、第１半導体チップ２６上に第１半導体チップ２６より少ない面積を有する第２半導体チップ３２を積層するため、第１テープ２８ａを付着し、その上にはキャリアフィルム３０と第２テープ２８ｂとを順次的に付着する。第２テープ２８ｂ上には第２半導体チップ３２を組み込み、第２半導体チップ３２上には第２半導体チップ３２の端部にそって形成されたパッド電極を露出させる程度の面積を有する弾性ゴム（elastomer)３４を組み込む。前記弾性ゴム３４と第２半導体チップ３２の端部上には配線パターンが形成されたビームリードフィルム３６を接着した後、ビームリードボンディングを行って第２半導体チップ３２の端部に形成された多数のパッド電極らとビームリードフィルム３６の第１リードらを電気的に連結する。前記の過程が完了した状態の平面図を図４Ａに示した。
【００２０】
配線工程の完了後には、エンキャプシュレーション（encapsulation）工程を行い配線らが露出された傾斜面の領域をシーリング剤４４で封止する。この時、封止のために用いられる物質は液状の封止樹脂である。
【００２１】
次に、図５Ａ及び図５Ｂに示したように、第１半導体チップ２６と第２半導体チップ３２それぞの信号入出力のために半田ボールを形成する工程が行われる。基板２２の第２表面に露出されたリード４０の端部らは、その表面に形成された第２半田ボール３８ｂらとコンタクトされ、ビームリードフィルム３６の各リードらはその上部表面に形成された第１半田ボール３８ａらとコンタクトされ、前記第１、第２半導体チップ２６，３２との信号伝達体系をなす。
【００２２】
前記の実施例では二つの半導体チップを積層する例を提示したが、傾斜面の傾きを緩慢にしてスタッドの集積度を増加させることにより、半導体チップを２層またはそれ以上で構成することも可能である。即ち、最上部に組み込まれる半導体チップは前記の実施例の第２半導体チップと同様な方法により配線連結をし、残り半導体チップらはリードを通じて連結することにより、一定面積でより高い容量を有するパッケージの製作が可能となる。
【００２３】
一方、前記のボールグリッドアレイパッケージは、ボンディングパッドらの数が多すぎるため半田ボールら間のショットが問題となる、単一チップのパッケージングにも適用が可能である。このような場合において、半導体チップの一部のボンディングパッドらは、基板の第２表面に形成された第２半田ボールらと電気的な信号伝達経路をなすようにし、半導体チップの残りボンディングパッドらは、ビームリードフィルムの上部に形成された第１半田ボールらと電気的な信号伝達経路をなすようにすることにより可能となる。前記で言及しない構成らは、先で説明された実施例等と同一なので、ここではその説明を省略する。
【００２４】
【発明の効果】
以上で説明したように、本発明のボールグリッドアレイパッケージは、半導体チップを多層で積層することにより、同一面積で高い容量を有するパッケージ具現を可能とする。併せて、本発明のパッケージは、チップの上部だけではなく基板の上部にも半導体チップのボンディングパッドらとの信号伝達経路のための半田ボールの形成が可能なので、ボール直径の減少のための技術の発展がなくても半田ボールら間のショットを防止できることになる。さらに、より高度なワイヤボンディング技術の適用なしに、従来技術水準のワイヤボンディング技術を適用できるので製造費用の増加及び収率減少を防止できる。かつ、完成されたパッケージはダウンタイプのパッケージであるので、熱放出効果が優れる。
【００２５】
ここでは、本発明の特定実施例に対して説明し示したが、当業者によりこれに対する訂正と変形ができる。従って、以下、特許請求の範囲は本発明の真の思想と範囲に属する限り、全ての訂正と変形を含むことで理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の実施例によるボールグリッドアレイパッケージの概略断面図である。
【図２】本発明の実施例によるボールグリッドアレイパッケージの概略断面図である。
【図３】図２のパッケージを製造する過程を示した図である。
【図４】図３に続くパッケージを製造する過程を示した図である。
【図５】図４に続くパッケージを製造する過程を示した図である。
【符号の説明】
２２…基板
２２ａ…基板の第１表面
２２ｂ…基板の第２表面
２２ｃ…基板の内側壁の表面
２４…接着剤層
２６…第１半導体チップ
２８ａ，２８ｂ…テープ
３０…キャリアフィルム
３２…第２半導体チップ
３４…弾性ゴム
３６…ビームリードフィルム
３８ａ，３８ｂ…半田ボール
４０…リード
４２…ワイヤ
【図１】
0003611455.tif 000002
【図２】
0003611455.tif 000003
【図３】
0003611455.tif 000004
【図４】
0003611455.tif 000005
【図５】
0003611455.tif 000006