(57)【要約】半導体ダイ（１２）は、最小ピッチの３列またはそれ以上のボンド・パッド列（１６、１８、２０）を有している。ダイ（１２）は、３列またはそれ以上のボンド・フィンガ列（２６、２８）および／または導電リング（２２、２４）を有するパッケージ基板（１４）上に取り付けられている。ダイの最も外側の部分（ダイの周囲に最も近い部分）のボンド・パッド（１６）は、リバース・スティッチングによって達成される比較的より低い高さのワイヤ（４２）によって、最も内側の１つまたは複数のリングまたはボンド・フィンガ列（２４）（パッケージ基板の周囲から最も遠くに位置する列）に接続されている。最も内側のボンド・パッドの列（２０）は、ウェッジ・ボンドへのボール・ボンドによって達成される比較的より高い高さのワイヤ（８６）によって、最も外側のボンド・フィンガ列（２６）に接続されている。中間のボンド・パッド列（１８）は、ウェッジ・ボンドへのボール・ボンドによる比較的中間の高さのワイヤ（８８）によって、中間のボンド・フィンガ列（２８）に接続されている。ワイヤの高さを変更することにより、ボンド・パッドを緊密にパックすることができる。この構造は、積層型ダイへの適用が可能である。
2005532672.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの辺に複数のボンド・パッド列を有するダイであって、同ダイのエッジから該複数のボンド・パッド列までの距離がそれぞれ異なるダイと、
該ダイをサポートするための、すべて同じ層の上に設けられた複数のボンド・フィンガを有するダイ・キャリアであって、該複数のボンド・フィンガが該ダイの周縁に分散し、その第１の部分が該ダイ・キャリアの内部領域に配置され、第２の部分が該ダイ・キャリアの外部領域に配置されたダイ・キャリアと、
それぞれ該ボンド・パッドのうちの所定の１つを該複数のボンド・フィンガのうちの所定の１つに接続する複数のボンド・ワイヤであって、ある最大高さを有する該複数のボンド・ワイヤの第１の部分が、ボンド・パッドを該複数のボンド・パッド列のうちの外側の列から該複数のボンド・フィンガの該第１の部分に接続し、該最大高さより高い最小高さを有する該複数のボンド・ワイヤの第２の部分が、ボンド・パッドを該複数のボンド・パッド列のうちの内側の列から該複数のボンド・フィンガの該第２の部分に接続する複数のボンド・ワイヤと、からなる半導体パッケージ。
【請求項２】
前記外側の列のボンド・パッドが、前記内側の列のボンド・パッドをそれぞれのボンディング・ワイヤに結合するワイヤ・ボンド・プロファイルとはタイプが異なるワイヤ・ボンド・プロファイルで、それぞれのボンディング・ワイヤに結合された請求項１に記載の半導体パッケージ。
【請求項３】
前記外側の列のボンド・パッドが、リバース・スティッチ・ボンドによってボンド・フィンガに結合され、前記内側の列の前記ボンド・パッドが、前記複数のボンド・ワイヤの高さの差を得るボール・ボンドを有するボンド・フィンガに結合され、それぞれ前記最大高さおよび前記最小高さに合致する請求項１に記載の半導体パッケージ。
【請求項４】
前記ダイ上の前記ボンド・パッドが互い違い配列にならないよう、前記複数のボンド・パッド列の各々からのボンド・パッドが、前記ダイの前記エッジに対して直角をなす軸に沿って実質的に整列した、請求項１に記載の半導体パッケージ。
【請求項５】
第１の前記複数のボンド・ワイヤが異なる高さで第２の前記複数のボンド・ワイヤと立体交差し、それにより互いに電気接触しない請求項１に記載の半導体パッケージ。
【請求項６】
少なくとも１つの辺に複数のボンド・パッド列を有するダイであって、同ダイのエッジから該複数のボンド・パッド列までの距離がそれぞれ異なるダイと、
該ダイをサポートするための、すべて同じ層の上に設けられた複数のボンド・フィンガを有するダイ・キャリアであって、該複数のボンド・フィンガが該ダイの周縁に分散し、その第１の部分が該ダイ・キャリアの内部領域に配置され、第２の部分が該ダイ・キャリアの外部領域に配置されたダイ・キャリアと、
それぞれ該ボンド・パッドのうちの所定の１つを該複数のボンド・フィンガのうちの所定の１つに接続する複数のボンド・ワイヤと、からなり、
第１の該複数のボンド・パッド列の第１のボンド・パッドと第２の該複数のボンド・パッド列の第２のボンド・パッドとを結合するべく、異なるワイヤ・ボンディング工程を使用する結果として、該第１のボンド・パッドが該第２のボンド・パッドとは異なるボンド・プロファイルを有する半導体パッケージ。
【請求項７】
前記第１のボンド・パッドがリバース・スティッチ・ボンド・プロファイルを有し、前記第２のボンド・パッドがボール・ボンド・プロファイルを有する請求項６に記載の半導体パッケージ。
【請求項８】
前記ダイ上の前記第１のボンド・パッドおよび前記第２のボンド・パッドが互い違い配列にならないよう、前記第１のボンド・パッドおよび前記第２のボンド・パッドが、前記ダイのエッジに対して直角をなす軸に沿って実質的に整列した請求項６に記載の半導体パッケージ。
【請求項９】
前記複数のボンド・パッド列が、さらに、３列以上のインライン・ボンド・パッド列からなり、前記複数のボンド・パッド列の各々が、前記ダイのエッジに対して直角をなす軸を介して、残りのすべての列の各々の所定のボンド・パッドと整列したボンド・パッドを有する、請求項８に記載の半導体パッケージ。
【請求項１０】
さらに、前記ダイの上に配置された、複数の第２のダイ・ボンド・パッドを有する第２のダイからなり、少なくとも第１の該複数の第２のダイ・ボンド・パッドが前記第１の前記複数のボンド・パッド列の前記第１のボンド・パッドに接続され、少なくとも第２の該複数の第２のダイ・ボンド・パッドが前記ダイ・キャリアの前記複数のボンド・フィンガのうちの所定の１つに接続された請求項６に記載の半導体パッケージ。
【請求項１１】
少なくとも１つのエッジを有するダイと、
該ダイの少なくとも１つのエッジに隣接し、かつ、該ダイの少なくとも１つのエッジと平行の第１の軸に沿って整列した第１のボンド・パッド列と、
該第１のボンド・パッド列に隣接し、かつ、該ダイの少なくとも１つのエッジと平行の、該少なくとも１つのエッジからの距離が該第１の軸より長い第２の軸に沿って整列した第２のボンド・パッド列と、
該第２のボンド・パッド列に隣接し、かつ、該ダイの該少なくとも１つのエッジと平行の、該少なくとも１つのエッジからの距離が該第２の軸より長い第３の軸に沿って整列した第３のボンド・パッド列と、からなり、
該第１の列、該第２の列および該第３の列の各々が、複数の整列したダイ・パッド列を生成すべく、該ダイの該少なくとも１つのエッジに対して直角をなす複数の軸のうちの１つに整列したボンド・パッドを有し、それぞれ該第１の列の所定のボンド・パッドに取り付けられたボンディング・ワイヤの高さが、それぞれ該第２の列および該第３の列の所定のボンド・パッドに取り付けられたボンディング・ワイヤの高さと異なり、互いに交差した半導体パッケージ。
【請求項１２】
さらに、前記ダイの上に配置された、前記ダイの第１の列、第２の列または第３の列の少なくとも１つのボンド・パッドに電気接続されたボンド・パッドを有する第２のダイからなる請求項１１に記載の半導体パッケージ。
【請求項１３】
整列した複数のボンディング・パッド列を有するダイを提供する工程と、
第１の高さを有するワイヤ・ボンドを形成するべく、第１のワイヤを外側の列のダイ・パッドにワイヤ・ボンディングする工程と、
内側の列のダイ・パッドに対する電気接続を形成するべく、第２のワイヤを該内側の列のダイ・パッドに取り付ける工程と、
該第２のワイヤを該第１の高さより高い第２の高さで引き延ばし、かつ、該第１のワイヤを第２のパッケージ・ボンディング・パッドの上に載せる工程と、
該第２のワイヤを該第２のパッケージ・ボンディング・パッドに取り付ける工程と、
半導体ダイの残りのダイ・ボンディング・パッドのワイヤ・ボンディングを完成する工程と、からなる半導体ダイをダイ・キャリアに電気接続する方法。
【請求項１４】
前記第１のワイヤを前記外側の列のダイ・パッドにワイヤ・ボンディングする前記工程が、さらに、
ボールを形成する工程と、
前記第１のワイヤを該ボールからせん断する工程と、
前記第１のワイヤの残りの部分を第１のパッケージ・ボンディング・サイトにワイヤ・ボンディングする工程と、
前記第１のワイヤを前記外側の列のダイ・パッド中の該ボールに取り付ける工程と、からなる請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
複数のボンド・パッド列を備えた周縁を有するダイと、
複数のボンドが接続された複数のボンド・パッドのうちの１つに配置されたボンド・パッドとからなる半導体パッケージ。
【請求項１６】
前記複数のボンドが２つのボンドからなり、該２つのボンドのうちの少なくとも１つがボール・ボンドである、請求項１５に記載の半導体パッケージ。
【請求項１７】
第１のダイであって、該第１のダイの側面に対して整列した少なくとも２列のボンド・パッド列を有するダイと、
該第１のダイの上に配置された第２のダイであって、該第２のダイの側面に対して整列した少なくとも２列のボンド・パッド列を有するダイと、
該第１のダイおよび該第２のダイの下方に位置する、該第１のダイおよび該第２のダイをサポートし、かつ、複数のボンド・フィンガを提供するためのダイ・キャリアと、
該第１のダイの該少なくとも２列のボンド・パッド列のうちの第１の列に含まれている第１のボンド・パッドを、該複数のボンド・フィンガのうちの所定のボンド・フィンガに接続する第１のワイヤ・ボンドと、
該第１のダイの該少なくとも２列のボンド・パッド列のうちの第２の列に含まれている第２のボンド・パッドを、該第２のダイの該少なくとも２列のボンド・パッド列のうちの一方の列の所定のボンド・パッドに接続する第２のワイヤ・ボンドと、からなる半導体パッケージ。
【請求項１８】
前記第１のワイヤ・ボンドが、さらに、
複数のボンドが接続されたボンド・パッドからなる、請求項１７に記載の半導体パッケージ。
【請求項１９】
前記第１のワイヤ・ボンドのワイヤ・ボンド・プロファイルのタイプが、前記第２のワイヤ・ボンドのワイヤ・ボンド・プロファイルのタイプと異なる請求項１７に記載の半導体パッケージ。
【請求項２０】
さらに、前記ダイ・キャリアの下方に配置された導電球からなる請求項１７に記載の半導体パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はパッケージングされた半導体に関し、より詳細には、ダイのキャリアと接続する複数のボンド・パッド列を有するダイを備えた、パッケージングされた半導体に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体は、半導体製造技術の改善により、そのサイズが常に縮小されており、したがってダイのサイズ自体もしばしばより小さくなっている。ダイのサイズのこのような小型化に伴い、集積回路の複雑性が減少するどころか、ますます増大している。したがって、集積回路に必要なピン数は必ずしも変化しておらず、機能が実際に増加する場合、ピン数も必然的に増加しているようである。したがって、所与の機能に対しては、ダイのサイズがさらに小型化され、あるいは所与のサイズのダイに対しては、機能すなわちピン・アウト数がさらに増加している。したがって、いずれの場合においても、集積回路のユーザにとっては、すべてのピン・アウトの目的を有効に達成することは困難になっている。多くのピン・アウトを必要とする複雑な集積回路に共通のパッケージング技術は、ボール・グリッド・アレイ（ＢＧＡ）と呼ばれている。実際には、集積回路の所与のサイズにはパッドに制限があり、パッド（ピン・アウト）数がダイの所与のサイズに対する制限を超えている場合、その集積回路は、パッドに制限されている、と見なされる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ＢＧＡを実施するための方法の１つは、底部表面にボールを備えたパッケージ基板の頂部表面にワイヤ・ボンディングを施し、その頂部表面に集積回路を配置して頂部表面にワイヤ接続する方法である。頂部表面から底部表面にビアが貫通し、ビアから底部表面上のボールへ、また、ボンド・フィンガから頂部表面上のビアへトレースが通っている。可能な限りパッケージ基板を小さくすることが望ましく、また、可能な限り集積回路を小さくすることが望ましい。集積回路と頂部表面の間に必要な接続をボンド・フィンガによって達成するためには、集積回路ダイからボンド・フィンガへ通っているワイヤとワイヤの間に十分なスペースがなければならない。すべての接続を達成するための技法の１つは、ボンド・パッドを２列に互い違いに配置することである。この技法によれば、ワイヤ間により多くのスペースが提供されるが、ボンド・パッドを２列に互い違いに配置することが可能であるとしても、いかに緊密に間隔を隔てるかに関しては、依然として限界がある。また、ボンド・パッドを２列に互い違いに配置するためには、ボンド・パッドの間隔を製造能力に基づいて達成し得る最小間隔よりさらに広くしなければならない。したがって、ボンド・パッドを２列に互い違いに配置することによって必要となるボンド・パッドのスペースは、ボンド・パッドに許容される最小スペースより広くなる。必要なピン・アウトを提供する能力の改善を試行した技法の中には、ボンド・フィンガのレベルが異なるよう、空胴技法を基板に使用したものがあるが、この技法は、基板のコストを実質的に高くしている。また、この技法は、必要なピン・アウトを提供する能力が改善されたとしても、３列以上の互い違い配置を提供していない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
したがって、必要な最小ピッチより広いボンド・スペースを必要とすることのない方法で、パッケージ基板上の集積回路とボンド・フィンガとの間にワイヤを提供する能力が必要であり、また、単純に必要なワイヤ・ボンディングを達成し得ることを目的として、ダイのサイズを大きくすることなく必要なすべてのピン数を提供し得る必要がある。
【０００５】
添付の図面は、本発明の何ら制限されることのない実施例を示したものである。図の同一参照番号は、類似の構成要素を示している。
図に示す構成要素が簡潔に分かり易く示され、かつ、必ずしもスケール通りに描かれていないことは、当分野の技術者には理解されよう。例えば、図中のいくつかの構成要素の寸法は、本発明による実施形態をより深く理解するべく、他の構成要素に対して誇張されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
一般的に、パッケージングされた半導体は、ワイヤ・ボンディングによってパッケージ基板と結合した３列以上のボンド・パッドを有する集積回路ダイを使用して達成されている。集積回路ダイは、その周囲に導電性電源リングを有しており、また、導電性電源リングの周囲に複数の列に配列されたボンド・フィンガを有している。集積回路上のボンド・パッドは、互い違いに配列されていなくても良い。これらのボンド・パッドは、ボンド・パッドが互い違いに配列されていない列をなして互いに整列させることができ、また、それらを最小のピッチにすることができる。つまり、ボンド・パッドに利用することができる技法に基づいて、ボンド・パッドを最大の密度にすることが可能である。この最大密度は、高さが異なるワイヤ・ボンディングを使用して達成される。ワイヤ・ボンドの高さは、一般にループ高さと呼ばれている。ループ高さを可変にすることにより、１本のワイヤ接続を他のワイヤ接続に整列させることが可能であり、また、その高さを互いに対して高くし、あるいは低くすることも可能である。これは、平面状の基板上で、パッケージ基板上における高さの変更を何ら必要とすることなく達成される。本発明による実施形態については、添付の図面を参照することにより、より良く理解されよう。
【０００７】
図１は、半導体ダイ（集積回路）１２およびパッケージ基板（ダイ・キャリア）１４からなる、パッケージングされた半導体１０を示したものである。ダイ１２は、その周縁に３列のボンド・パッドを有している。エッジからの距離が異なるこの３列は、最も外側の列（外側列）から順に、１６、１８および２０である。基板１４上には、導電リング２２および導電リング２４が設けられている。リング２２および２４は、列１６、１８および２０と同様、集積回路１２を完全に取り囲んでいる。また、基板１４上には、最も外側のボンド・フィンガ２６列および最も内側のボンド・フィンガ２８列（内側列）が設けられている。ボンド・パッド列１６のボンド・パッドは、最終的にはリング２２および２４に結合されている。ボンド・パッド列１８は、ボンド・フィンガ列２８に接続され、また、ボンド・パッド列２０は、ボンド・フィンガ列２６に接続されている。例えば、互いに整列している列１６、１８および２０の例示的ボンド・パッドは、ボンド・パッド３０、３２および３４である。同様に、ボンド・フィンガ列２８の例示的ボンド・フィンガはボンド・フィンガ３６であり、ボンド・フィンガ列２６の例示的ボンド・フィンガはボンド・フィンガ３８である。この実施例では、ボンド・フィンガ３６は、ワイヤによってボンド・パッド３２に接続されている。ボンド・パッド３０は、ワイヤによってボンド・フィンガ３８に接続されている。ボンド・パッド３４は、リング２４に接続されている。リング２２および２４は、正の電源および接地などの電源接続に使用されている。図には、実際に完成したパッケージ１０およびダイ１２の一部のみが示されている。もっと多くのボンド・パッドおよびボンド・フィンガが可能である。図に示すボンド・フィンガは、ボンド・フィンガに接続されるボンド・パッドと一直線に整列したボンド・フィンガではなく、いわゆる放射状に整列したボンド・フィンガが示されており、広がって角が丸くなっている。
【０００８】
図１に示すように、列１６、１８および２０は、エッジ（側面）２１およびエッジ２３に沿っている。列１６〜２０を部分的に観察すると、一部はエッジ２１と平行であり、また別の一部はエッジ２３と平行である。したがって、エッジ２１に関しては、列１６の一部は、エッジ２１と平行の第１の軸に沿っており、列１８の一部は、エッジ２１と平行の
第２の軸に沿っている。また、列２０の一部は、エッジ２１と平行の第３の軸に沿っている。各列からのそれぞれ３つのボンド・パッドのセットは、エッジ２１に対して直角をなす軸にそれぞれ沿って整列している。例えば３０〜３４は、エッジ２１に対して直角をなして整列している。列１６および１８などのボンド・パッドの列が、ダイの全周ではなく、ダイの１つまたは複数のエッジと平行の軸に沿って延びていることが有利である状況も存在している。
【０００９】
図１に示すように、ボンド・フィンガ３６および３８へのワイヤ接続、およびボンド・パッド３０、３２および３４からリング２４へのワイヤ接続は、上面図で見ると互いに極めて近接しており、さらには同じラインであることもある。しかし、これらのワイヤ接続は、異なる垂直距離で集積回路１２およびパッケージ基板１４から分離されている。この特定の構成では、ボンド・パッドは３列に、また、ボンド・フィンガは２列に配列されており、２本のリングが追加されている。したがって、事実上、４列の接続深さが存在している。また別の状況では、電源接続を完全なリング状にせず、図１に示すリング２２および２４の位置をボンド・フィンガの列によって占有することができる。これらのボンド・フィンガを電源接続または信号接続に利用することが可能である。これは、パッケージ基板上の３列以上のボンド・フィンガに接続された３列のボンド・パッドを集積回路上に存在させる方法を立証している。
【００１０】
図２は、図１に示す、パッケージングされた半導体１０の側面図を示したもので、ボンド・パッド３０、３２および３４を備えた頂部表面４０を有するダイ１２が示されている。ボンド・パッド３０、３２および３４は共通平面に設けられており、パッケージングされた半導体１０の共通層と見なすことが可能である。同様に、基板１４上には、リング２２、リング２４、ボンド・フィンガ３６およびボンド・フィンガ３８が示されている。リング２２、２４およびボンド・フィンガ３６、３８は、基板１４の頂部表面４２に設けられている。頂部表面４２は平面と見なすことが可能であり、また、パッケージングされた半導体１０の層と見なすことが可能である。したがって、ボンド・パッド３０および３４は、１つの共通層の上に設けられており、また、リング２２、２４およびボンド・フィンガ３６、３８は、もう１つの共通層の上に設けられている。
【００１１】
ボンド・パッド３４とリング２４の間のワイヤ接続は、リバース・スティッチ・ボンディング（ｒｅｖｅｒｓｅ  ｓｔｉｔｃｈ  ｂｏｎｄｉｎｇ）として知られている技法によって達成されている。このワイヤ接続は、標準ワイヤ・ボンダを使用して達成され、ボンド・パッド３４の上にボールが形成され、ボールにワイヤが接続される。次に、ボンディング・マシンをボンド・パッド３４に対して横方向に移動させることによってワイヤが切断される。続いてリング２４上にボールが形成され、形成したボールにワイヤを接続し、接続したワイヤをリング２４から垂直方向に直立させた後、ボンド・パッド３４に向かって横方向に移動させることによって、ボンド・パッド３４の頂部に予め形成されているボールに接続される。以上により、ボールの最高点と実質的に同じ高さのワイヤがボンド・パッド３４の上に形成されている。ボンド・パッド３２とボンド・フィンガ３６の間のワイヤ接続は、最初にボンド・パッド３２上にボールを形成し、ワイヤを垂直方向に上向きに引き延ばし、続いて水平方向に引き延ばした後、ボンド・フィンガ３６に向かって立ち下げることによって実施されている。ボンド・フィンガ３６への接続は、ウェッジ・ボンディングと呼ばれている技法を使用して実施されている。このタイプの結合は、ワイヤ・ボンダに対して広く利用されている。この事例では、図２に示すリング２４とボンド・フィンガ３６の間の間隔はＹ１である。このＹ１の間隔は、ワイヤ４２とワイヤ４４の間に間隔が存在するよう、十分に広くなっている。同様に、図２には、ボンド・パッド３０とボンド・フィンガ３８を接続しているワイヤ４６が示されている。この接続は、ボンド・パッド３０の上にボールが形成され、ボールを通してワイヤを垂直方向に引き延ばし、続いてワイヤ４４の上方を水平方向に湾曲させた後、ボンド・フィンガ３８に向かって立ち
下げることによって実施されている。図２に示すボンド・フィンガ３６とボンド・フィンガ３８の間隔はＹ２であり、これは、ワイヤ４４とワイヤ４６の間の適切な間隔を保証するには十分な間隔である。
【００１２】
図２には、パッケージ基板１４中に、ビア４８、５０、５２、５４および５６が示されている。また、図２に示すように、パッケージ基板１４の底部表面には、ボール５８、６０、６２、６４および６６が取り付けられている。ボール５８〜６６はボール・アレイを示しており、したがってこのパッケージ・タイプは、一般的にボール・グリッド・アレイ（ＢＧＡ）として知られているが、この技法は、任意のワイヤ・ボンディング状況への適用が可能である。このパッケージ基板には、ワイヤ・ボンドを受け入れる任意の半導体キャリアを使用することが可能である。図１に示すように、ボンド・パッド３０は列２０の中に存在している。この列２０は内側の列であり、ダイ１２の外部周囲との間隔は、中間の列である列１８とダイ１２の外部周囲との間隔より広くなっている。列１６は外側の列であり、集積回路１２の周縁に最も接近している。
【００１３】
ワイヤとワイヤを分離している間隔は、少なくともワイヤの直径に等しい間隔でなければならない。したがって、ワイヤ４２とワイヤ４４との最も接近したポイントは、ワイヤ４２および４４の直径に等しいか、あるいはそれ以上の間隔を隔てていなければならない。現在の技術では、ワイヤの典型的な直径は２５．４ミクロンである。標準のワイヤ・ボンディング装置では、ループ高さは、ボンド・パッドとボンド・フィンガの間の間隔に基づいて、より高くなっている。
【００１４】
図３は、図１および２に示すパッケージングされた半導体１０の形成に有用な方法を流れ図で示したものである。図３に示す流れ図は、６８、７０、７２、７４、７６、７８、８０、８２および８４の順の逐次方法工程からなっている。この流れ図は、ダイが列３０〜３４などの複数の列を備えていることを示している。図１に示す事例では列１６である外側の列の、代表して３４で示すボンド・パッドにワイヤ・ボンドが形成される。このワイヤがせん断され、ボンド・フィンガあるいは図２のリング２４で示すリングにボールが形成され、外側の列のボンド・パッドに再度接続される。したがって、ワイヤ４２は、図３の枠７４における第２のワイヤの一例である。次に、この事例では列１８である中間の列からワイヤ４４などのワイヤが形成され、ボンド・フィンガに接続される。枠７６に記述されている、この事例では内側の列は、最も外側の列の内側に存在している列である。この事例では、最も外側の列は列１６である。列１６の内側の内部列は、列１８および列２０である。ワイヤ４２より高いこのワイヤ４４は、ワイヤ４２の後に形成される。より高いワイヤを形成する前により低いワイヤを形成することにより、より信頼性の高い工程が得られる。外側のボンド・パッド列により低いワイヤを接続することが好ましい。
【００１５】
図３は、ボンド・パッドとパッケージ・ボンド・サイトの間の２つのワイヤ接続が完了した後に、ワイヤ・ボンディングを完成させることができることを示している。他の処理により、ダイ１２とパッケージ基板１４の間のワイヤ４６などの他のワイヤ接続が追加される。図１および２に示すように、ワイヤ４２、４４および４６で示す高さが異なる３つのワイヤが存在しており、それぞれダイ１２とパッケージ基板１４の間の他のワイヤ接続を代表している。したがって、互い違いに配列する必要がないため、これらの３つの異なるボンド・パッド列は、最小のピッチで形成することが可能である。第４の列を追加することは可能であるが、そのためには列をある程度互い違いに配列する必要があり、その結果として列を最小ピッチで形成することができなくなる。この技法により、必要なワイヤ間の間隔が提供され、かつ、最大ボンド・パッド密度が維持される。これは、ダイの表面とパッケージ基板の表面との間の接続を形成しているワイヤの高さを変更することによって達成されている。ワイヤ４４と４６の高さの差は、キンク高さを設定することによってワイヤ・ボンダの中で達成されている。ワイヤ４４および４６は、それぞれキンク８６お
よび８８を有している。キンクは、垂直方向からボンド・フィンガに向かって実質的に９０度曲がっている。可能な限り同じキンク高さで多くのワイヤが形成されることが望ましい。
【００１６】
この事例では、ボンド・パッド１６は、第１の主要工程として、リバース・スティッチ・ボンド技法を使用して接続される。第２の主要ワイヤ形成は、リバース・スティッチ結合ワイヤをクリアするだけの十分なキンク高さで確立される。第３の主要工程は、ワイヤ４４に使用されるキンク高さより高いキンク高さを使用して、ワイヤ４６などのワイヤを提供することである。キンク高さを変更することにより、ワイヤ間の十分な間隔が保証される。最も高いキンク高さを最後に形成し、かつ、最も内側のボンド・パッド列中に形成しなければならない。
【００１７】
図４は、半導体ダイ１０２、半導体ダイ１０４およびパッケージ基板１０６からなるパッケージングされた半導体１００を示したものである。ダイ１０２上にボンド・パッド１０８および１１０が設けられ、ダイ１０４上にボンド・パッド１１２および１１４が設けられている。また、パッケージ基板１０６上にボンド・フィンガ１１６、１１８および１２０が設けられている。図２に示すパッケージングされた半導体１０と同様、ビア１２２、１２４、１２６、１２８および１３０がパッケージ基板１０６を貫通している。パッケージ基板１０６の底部表面に導電ボール１３２、１３４、１３６、１３８および１４０が設けられている。したがって、完成したパッケージングされた半導体１００は、積層型ダイを有するＢＧＡデバイスである。
【００１８】
この事例では、ダイ１０２および１０４が積層型ダイである。ダイ１０２はダイ１０４より小さく、したがってボンド・パッド１１２および１１４は露出している。ボンド・パッド１１４は、外部周縁上でダイ１０４を取り囲んでいるボンド・パッド列のボンド・パッドを表している。ボンド・パッド１１２は、ボンド・パッド１１４および外側の列に対して内側に位置しているボンド・パッド列のうちの１つを表している。同様に、ボンド・パッド１１０は、ダイ１０２を取り囲んでいるボンド・パッド列のうちの１つを表している。ボンド・パッド１０８は、ダイ１０２を取り囲んでいる、周縁に最も近接した、アウタ・ボンド・パッドと呼ばれるボンド・パッド列の内側に位置するボンド・パッド列のうちの１つを表している。ボンド・フィンガ１１６は、パッケージ基板１０６の最も内側に位置するボンド・フィンガ列のうちの１つを表している。ボンド・フィンガ１２０は、最も外側のボンド・フィンガ列であるボンド・フィンガ列のうちの１つを表している。ボンド・フィンガ１１８は、最も内側の列と最も外側の列の間のボンド・フィンガ列のうちの１つを表している。この実施例では、ボンド・パッド１１４とボンド・フィンガ１１６の間がリバース・スティッチ・ボンドである。したがって、ダイ１０４の外側のボンド・パッド列は、最も内側のボンド・フィンガ列に接続されている。ボンド・パッド１１４は、ワイヤ１４２によってボンド・フィンガ１１６に接続されている。同様に、ダイ１０４の最も内側の列（内部列）は、ダイ１０２の最も外側の列（外部列）に接続されている。
【００１９】
図４に示すように、ボンド・パッド１１０は、ワイヤ１４４によってボンド・パッド１１２に接続されている。ボンド・パッド１１２は十分に広く、その上に２個のボールの形成が可能である。したがって、ボンド・パッド１１２は、ウェッジ・タイプのワイヤ・ボンドへのボール・ボンドを使用してボンド・フィンガ１１８に接続されている。したがって、ボンド・パッド１１２は、ワイヤ・ボンディングによってボンド・パッド１１２に接続されたワイヤ１４６を有しており、該ワイヤ１４６は、ボンド・フィンガ１１８にウェッジ結合されている。また、ボンド・パッド１０８は、ワイヤ１４８によってボンド・フィンガ１２０に接続されている。このワイヤ１４８も、一方の端部がボール・ボンドによって接続され、もう一方の端部がウェッジ・ボンドによって接続されている。ボール・ボンドはボンド・パッド１０８への接続用であり、ウェッジ・ボンドはボンド・フィンガ１
２０への接続用である。この構造の場合、ダイ１０２は、リバース・スティッチ・ボンドによって、ボンド・フィンガ１１６をボンド・パッド１１４に接続している方法と同じ方法でダイ１０４に電気接続されている。したがって、これらの２つのタイプの接続は、同じ処理手順の一部として構築することが可能である。また、同様に、ワイヤ１４６および１４８も、ワイヤ・ボンダのための同じセット・アップの一部として形成することが可能である。ワイヤ１４６および１４８のキンク高さは、同じ高さにすることが可能であり、かつ、それらの間に依然として十分な間隔を維持することが可能である。
【００２０】
したがってこの実施例の場合、ダイ１０２は、リバース・スティッチ・ボンディングによってダイ１０４に都合良く接続され、また、ウェッジ・ボンド接続への通常のボール・ボンドによってパッケージ基板１０６に都合良く接続されている。したがって、図５に示すこの構造により、ダイ１０４およびパッケージ基板１０６の両方に柔軟に接続することができるダイ１０２が提供される。同様にダイ１０４も、同じく最大限の柔軟性を発揮すべく、パッケージ基板１０６およびダイ１０２に接続されている。ダイ１０２とダイ１０４の層が異なっているため、また、ワイヤ・ボンダのリバース・スティッチ能力に鑑みて、パッケージ基板１０６に接続するための３つの異なる高さが達成されており、ダイ１０２とダイ１０４の間の接続が、ダイ１０２からパッケージ基板１０６への接続よりいとも簡単に低くなっている。したがって、高密度能力を備えた積層型ダイ構造が達成されている。例えばダイ１０４上に第３のボンド・パッド列を必要とする場合、その第３のボンド・パッド列は、ボンド・パッド１１２と１１４の間に１列のボンド・パッドを配置することによって達成することが可能である。ボンド・パッド１１２および１１４は間隔をさらに広くすることができ、かつ、新しく出現する列との最小の間隔を維持することが可能である。この新しい列により、ワイヤ１４２をクリアするだけの十分な高さで、かつ、ワイヤ１４６の下方に位置するだけの十分な低さのキンク高さが提供されるが、そのためには、ワイヤ１４６および１４８のスティッチ高さを高くする必要がある。また、ボンド・フィンガ１１８とボンド・フィンガ１１６の間に別のボンド・フィンガ列を配置することも可能であるが、そのためには、ワイヤ１４６および１４８のキンク・アウトを大きくする必要がある。
【００２１】
図５は、ボンド・パッド１１２を示したもので、個々のボール・ボンド１５０、１５２およびボール・ボンド１５０に接続されたワイヤ１４４およびボール・ボンド１５２に接続されたワイヤ１４６が示されている。ワイヤをパッドに接続するための典型的な技法は、連続ワイヤをパッドにウェッジ結合し、次に別の位置へ引き延ばす方法であるが、この技法には、ウェッジ・ボンドの両側のプロファイル・パラメータが異なる、という問題がある。ウェッジ・ボンドの各々の側には、互いに異なるプロファイルを持たせることになるが、これには、例えばボンド・パッド１１０とボンド・パッド１１２の間を接続する場合に、ダイのエッジをクリアすることが困難になる可能性がある。ボンド・パッド１１２を大きくし、かつ、２つのボール・ボンドを持たせることにより、ボンド・パッド１１０とボンド・パッド１１２の間に鋭角が提供され、それによりダイ１０２の角からのワイヤ１４４のクリアランスが提供される。したがって、高密度のボンド・パッド列を持たせ得る利点があり、また、積層型ダイ構造を便利に提供し得る柔軟性があることが分かる。
【００２２】
図６は、パッケージＩＣ１０の全体を、単純化した形で、かつ、ワイヤ・ボンドを取り除いて示したものである。図６には、集積回路１２を取り囲んでいる導体列２２および２４が示されている。また、図６には、ボンド・パッド列１６、１８、２０およびボンド・フィンガ列２６、２８が示されている。図６には、さらに、集積回路１２の周囲に隣接した３列のボンド・パッドおよび集積回路１２のエッジに隣接した、列に配列されたボンド・フィンガが示されている。図を簡潔にし、かつ、理解を容易にするために、図６に示すボンド・パッドおよびボンド・フィンガの数は著しく少なくなっている。
【００２３】
したがって、キンク高さの変化を使用してループの高さを変更することによって、また、リバース・スティッチ技法を同じパッケージングされた半導体に使用することによって、ダイのサイズを大きくすることなく、高密度のピン・アウト数を達成することができる。複数の列に配列されたボンド・パッドは、密度を最大にすることが可能であり、また、互いに整列させることが可能である。これは、パッケージ基板中に空胴を構築することなく達成される。したがって、ボンド・フィンガはすべて同一平面すなわち同一層の上に設けられており、また、ボンド・パッドもすべて特定の集積回路の同一層の上に設けられている。集積回路上のボンド・パッドの高さを変更する必要、あるいはパッケージ基板上における互いの高さを変更する必要はない。また、ループ高さを達成するための代替手法を利用することも可能である。装置が変化し、かつ、改良されると、異なるボンディング・タイプの可用性を利用することができるため、ボール・ボンドはボンド・フィンガおよび半導体ダイの両方に対して有効である。上で説明したこの特定の実施形態では、ワイヤは金であることが好ましい。金は、その高導電率およびその展性により望ましい金属であるが、銅などの他の材料も満足すべき材料であることが分かっている。銅は極めて安価な材料であり、現在、集積回路自体の製造に広く使用されており、また、銅工程に使用されるボンド・パッド材料との両立性の点で有利である。
【００２４】
以上、本発明について、特定の実施形態を参照して説明したが、特許請求の範囲の各請求項に示す本発明の範囲を逸脱することなく、様々な改変および変更を加えることが可能であることは当分野の技術者には理解されよう。したがって、本明細書および図面は、本発明を制限する意味で捕えるのではなく、説明を目的としたものとして捕えるべきであり、様々な改変はすべて本発明の範囲内に包含されるものとする。
【００２５】
特定の実施形態に関連して、利益、他の利点および問題の解決法について説明したが、利益、利点、問題の解決法、およびあらゆる利益、利点あるいは解決法をもたらすか、あるいはそれらをより際立ったものにするあらゆる１つまたは複数の構成要素は、任意の請求項あるいはすべての請求項の重要で、かつ、必要な、あるいは欠くことのできない特徴あるいは構成要素として解釈してはならない。本明細書において使用されている「からなる」という表現には、記述されている構成要素からなる工程、方法、物品または装置が、それらの構成要素のみを包含するのではなく、明白には記述されていない他の構成要素、あるいはこのような工程、方法、物品または装置に固有の他の構成要素が包含されるよう、非排他的包含物が含まれているものとする。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態によるパッケージングされた半導体の一部を示す上面図。
【図２】図１に示すパッケージングされた半導体の側面図。
【図３】図１および２に示すパッケージングされた半導体の製造に有用な方法を示す流れ図。
【図４】本発明による他の実施形態の側面図。
【図５】図４に示すパッケージングされた半導体の一部を示す上面図。
【図６】図１に示すパッケージングされた半導体の全体を、より単純化した形で示す上面図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年6月11日(2003.6.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの辺に複数のボンド・パッド列を有するダイであって、同ダイのエッジから該複数のボンド・パッド列までの距離がそれぞれ異なるダイと、
該ダイをサポートするための、すべて同じ層の上に設けられた複数のボンド・フィンガを有するダイ・キャリアであって、該複数のボンド・フィンガが該ダイの周縁に分散し、その第１の部分が該ダイ・キャリアの内部領域に配置され、第２の部分が該ダイ・キャリアの外部領域に配置されたダイ・キャリアと、
それぞれ該ボンド・パッドのうちの所定の１つを該複数のボンド・フィンガのうちの所定の１つに接続する複数のボンド・ワイヤと、からなり、
第１の該複数のボンド・パッド列の第１のボンド・パッドと第２の該複数のボンド・パッド列の第２のボンド・パッドとを結合するべく、異なるワイヤ・ボンディング工程を使用する結果として、該第１のボンド・パッドが該第２のボンド・パッドとは異なるボンド・プロファイルを有することと、
第１のボンド・パッドがリバース・スティッチ・ボンド・プロファイルであり、第２のボンド・パッドがボール・ボンド・プロファイルである、
半導体パッケージ。
【請求項２】
前記ダイ上の前記第１のボンド・パッドおよび前記第２のボンド・パッドが互い違い配列にならないよう、前記第１のボンド・パッドおよび前記第２のボンド・パッドが、前記ダイのエッジに対して直角をなす軸に沿って実質的に整列した請求項１に記載の半導体パッケージ。
【請求項３】
前記複数のボンド・パッド列が、さらに、３列以上のインライン・ボンド・パッド列からなり、前記複数のボンド・パッド列の各々が、前記ダイのエッジに対して直角をなす軸を介して、残りのすべての列の各々の所定のボンド・パッドと整列したボンド・パッドを有する、請求項２に記載の半導体パッケージ。
【請求項４】
さらに、前記ダイの上に配置された、複数の第２のダイ・ボンド・パッドを有する第２のダイからなり、少なくとも第１の該複数の第２のダイ・ボンド・パッドが前記第１の前記
複数のボンド・パッド列の前記第１のボンド・パッドに接続され、少なくとも第２の該複数の第２のダイ・ボンド・パッドが前記ダイ・キャリアの前記複数のボンド・フィンガのうちの所定の１つに接続された請求項１に記載の半導体パッケージ。
【請求項５】
整列した複数のボンディング・パッド列を有するダイを提供する工程と、
第１の高さを有するワイヤ・ボンドを形成するべく、第１のワイヤを外側の列のダイ・パッドにワイヤ・ボンディングする工程と、
内側の列のダイ・パッドに対する電気接続を形成するべく、第２のワイヤを該内側の列のダイ・パッドに取り付ける工程と、
該第２のワイヤを該第１の高さより高い第２の高さで引き延ばし、かつ、該第１のワイヤを第２のパッケージ・ボンディング・パッドの上に載せる工程と、
該第２のワイヤを該第２のパッケージ・ボンディング・パッドに取り付ける工程と、
半導体ダイの残りのダイ・ボンディング・パッドのワイヤ・ボンディングを完成する工程と、からなり、
前記第１のワイヤを前記外側の列のダイ・パッドにワイヤ・ボンディングする工程が、
ボールを形成する工程と、
前記第１のワイヤを該ボールからせん断する工程と、
前記第１のワイヤの残りの部分を第１のパッケージ・ボンディング・サイトにワイヤ・ボンディングする工程と、
前記第１のワイヤを前記外側の列のダイ・パッド中の該ボールに取り付ける工程と、からなる
半導体ダイをダイ・キャリアに電気接続する方法。
【請求項６】
第１のダイであって、該第１のダイの側面に対して整列した少なくとも２列のボンド・パッド列を有するダイと、
該第１のダイの上に配置された第２のダイであって、該第２のダイの側面に対して整列した少なくとも２列のボンド・パッド列を有するダイと、
該第１のダイおよび該第２のダイの下方に位置する、該第１のダイおよび該第２のダイをサポートし、かつ、複数のボンド・フィンガを提供するためのダイ・キャリアと、
該第１のダイの該少なくとも２列のボンド・パッド列のうちの第１の列に含まれている第１のボンド・パッドを、該複数のボンド・フィンガのうちの所定のボンド・フィンガに接続する第１のワイヤ・ボンドと、
該第１のダイの該少なくとも２列のボンド・パッド列のうちの第２の列に含まれている第２のボンド・パッドを、該第２のダイの該少なくとも２列のボンド・パッド列のうちの一方の列の所定のボンド・パッドに接続する第２のワイヤ・ボンドと、からなる半導体パッケージ。
【請求項７】
前記第１のワイヤ・ボンドが、さらに、
複数のボンドが接続されたボンド・パッドからなる、請求項６に記載の半導体パッケージ。
【請求項８】
前記第１のワイヤ・ボンドのワイヤ・ボンド・プロファイルのタイプが、前記第２のワイヤ・ボンドのワイヤ・ボンド・プロファイルのタイプと異なる請求項６に記載の半導体パッケージ。
【請求項９】
さらに、前記ダイ・キャリアの下方に配置された導電球からなる請求項６に記載の半導体パッケージ。
【国際調査報告】
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