(57)【要約】  パッケージ基板上のフリップチップ半導体ダイと、前記パッケージ基板上のスペーサと、前記スペーサおよび前記フリップチップ半導体ダイによって支持されているワイヤボンド半導体ダイと、を備えるシステムインパッケージ。
2013519238.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パッケージ基板上のフリップチップ半導体ダイと、
前記パッケージ基板上のスペーサと、
前記スペーサおよび前記フリップチップ半導体ダイによって支持されているワイヤボンド半導体ダイと、を備えるシステムインパッケージ。
【請求項２】
前記フリップチップ半導体ダイと、前記スペーサと、前記ワイヤボンド半導体ダイとを取り囲むモールドアンダーフィルをさらに備える、請求項１に記載のシステムインパッケージ。
【請求項３】
前記モールドアンダーフィルが、エポキシ材料を含む、請求項２に記載のシステムインパッケージ。
【請求項４】
前記フリップチップ半導体ダイの少なくとも一部を取り囲むキャピラリーアンダーフィルをさらに備える、請求項１に記載のシステムインパッケージ。
【請求項５】
前記スペーサが、集積された受動素子を備える、請求項１に記載のシステムインパッケージ。
【請求項６】
携帯機器と、
パーソナルコンピュータと、
からなる群から選択されるものに配置される、請求項１に記載のシステムインパッケージ。
【請求項７】
前記フリップチップ半導体ダイが、高周波（ＲＦ）ダイを含む、請求項１に記載のシステムインパッケージ。
【請求項８】
前記ワイヤボンド半導体ダイが、デジタルダイを含む、請求項１に記載のシステムインパッケージ。
【請求項９】
前記スペーサおよびワイヤボンド半導体ダイが熱的に結合している、請求項１に記載のシステムインパッケージ。
【請求項１０】
前記スペーサが、前記パッケージ基板上に配置されるモールドアンダーフィルより大きな熱伝導度を有する材料を含む、請求項９に記載のシステムインパッケージ。
【請求項１１】
パッケージ基板上にフリップチップ半導体ダイを配置するステップと、
前記パッケージ基板上にスペーサを配置するステップと、
前記スペーサおよび前記フリップチップ半導体ダイ上にワイヤボンド半導体ダイを配置するステップと、を含むシステムインパッケージを組立てる方法。
【請求項１２】
モールドアンダーフィルが前記フリップチップ半導体ダイと、前記スペーサと、前記ワイヤボンド半導体ダイとを取り囲むように、モールドアンダーフィルを前記パッケージに適用するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
少なくとも１つの受動素子を前記スペーサ上に集積するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
メディアプレーヤと、
ナビゲーション機器と、
通信機器と、
携帯情報端末（ＰＤＡ）と、
コンピュータと、からなる群から選択される装置内に前記システムインパッケージを搭載するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
パッケージ基板上のフリップチップ半導体ダイと、
前記パッケージ基板上の熱を散逸するための手段と、
前記熱散逸手段および前記フリップチップ半導体ダイによって支持されているワイヤボンド半導体ダイと、を備えるシステムインパッケージ。
【請求項１６】
前記フリップチップ半導体ダイと、前記熱散逸手段と、前記ワイヤボンド半導体ダイとを取り囲むモールドアンダーフィルをさらに備える、請求項１５に記載のシステムインパッケージ。
【請求項１７】
前記フリップチップ半導体ダイを取り囲むキャピラリーアンダーフィルを備えない、請求項１５に記載のシステムインパッケージ。
【請求項１８】
パッケージ基板上のフリップチップ半導体ダイと、
前記パッケージ基板上に配置された、機械的支持を提供するための手段と、
前記機械的支持手段および前記フリップチップ半導体ダイの上に配置されたワイヤボンド半導体ダイとを備えるシステムインパッケージ。
【請求項１９】
前記機械的支持手段が、集積された受動素子とボール・グリッド・アレイとを含む、請求項１８に記載のシステムインパッケージ。
【請求項２０】
前記フリップチップ半導体ダイが、高周波（ＲＦ）ダイを含む、請求項１８に記載のシステムインパッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、パッケージ半導体ダイに関する。より具体的には、本開示は、第１のダイが第２のダイおよびスペーサの上に配置された、改良された半導体ダイパッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来的に、チップパッケージは複数の半導体ダイを備える。チップパッケージによっては、小さなフォームファクタの高周波（ＲＦ）ダイおよびより大きなデジタルダイを備えるものもある。ある従来技術のチップパッケージを図１に示す。チップパッケージ１００は、ＲＦダイ１０１およびデジタルダイ１０２を備える。図１では、より大きなデジタルダイ１０２がフリップチップボール・グリッド・アレイ（ＢＧＡ）として構成され、ＲＦダイ１０１がワイヤボンド構造を使用している。チップパッケージ１００は、キャピラリーアンダーフィル１０３を使用しているが、これは製造コストを増加させ、キャピラリーアンダーフィル１０３がより大きなデジタルダイ１０２の長さおよび幅よりいくらか外側に延びるため、パッケージ全体を大型化させる。さらに、ＲＦダイ１０１が積層されたワイヤボンドの使用は、ワイヤのインダクタンスが非常に高く、ＲＦダイ１０１において非線形性をもたらすため、ＲＦ性能を低下させる傾向にある。本明細書に示されていない別の手法では、ダイ１０１および１０２の両方がワイヤボンド構造で実装される。このような手法もまた、ＲＦ性能の低下の問題を有する。
【０００３】
本明細書に示されていないさらに別の手法では、ダイ１０１および１０２の両方が横に並べてパッケージ内に配置される。しかし、横に並べる手法は、図１に示す実施形態よりもさらにパッケージサイズが増大するという代償を伴う。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明のさまざまな実施形態は、パッケージ基板上のフリップチップ半導体ダイと、パッケージ基板のスペーサと、スペーサおよびフリップチップ半導体ダイによって支持されているワイヤボンド半導体ダイと、を備えるシステムインパッケージを含む。
【０００５】
別の実施形態によると、チップパッケージは、パッケージ基板上のフリップチップ半導体ダイと、パッケージ基板上の熱を散逸するための手段と、熱散逸手段およびフリップチップ半導体ダイによって支持されているワイヤボンド半導体ダイと、を備える。
【０００６】
本発明の別の実施形態によると、システムインパッケージを組立てる方法は、パッケージ基板上にフリップチップ半導体ダイを配置するステップと、パッケージ基板上にフリップチップスペーサを配置するステップと、スペーサおよびフリップチップ半導体ダイ上にワイヤボンド半導体ダイを配置するステップとを含む。
【０００７】
本発明の別の実施形態によると、システムインパッケージは、パッケージ基板上のフリップチップ半導体ダイと、パッケージ基板上に配置された、機械的支持を提供するための手段と、機械的支持手段およびフリップチップ半導体ダイの上に配置されたワイヤボンド半導体ダイを備える。
【０００８】
上述の説明は、以降の発明の詳細な説明がより深く理解されるために、本発明の特徴および技術的利点を広く概説したものである。特許請求の範囲の主題となるさらなる特徴および利点について、以下で説明する。当然ながら、開示された概念および特定の実施形態は、本開示の同一の目的を果たすためにその他の構成を設計または修正するためのベースとして容易に利用され得ることが当業者に理解される。また、そのような等価な構成は、特許請求の範囲において規定された技術から逸脱しないことも当業者に認識される。その機構および操作方法の両方について本発明の特徴と考えられる新規の特徴、ならびにさらなる目的および利点は、添付の図面とあわせて考慮すると、以下の発明の詳細な説明からより深く理解されるであろう。しかし、図面の各々は例示および説明の目的のみで与えられたものであり、本発明を限定することを意図されたものではないことを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】従来技術のチップパッケージの図である。
【図２】本発明の実施形態が有利に採用され得る例示的ワイヤレス通信システムを示すブロック図である。
【図３】本発明の１実施形態による例示的チップパッケージの上面図および側面図である。
【図４】本発明の１実施形態による例示的チップパッケージの図である。
【図５】本発明の１実施形態による、チップパッケージを作製するための例示的方法の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明をより深く理解するために、添付の図面とあわせて以下の発明の詳細な説明を参照する。
【００１１】
図２は、本発明が有利に採用され得る例示的ワイヤレス通信システム２００を示す。例示の目的のために、図１は、３つの遠隔装置２２０、２３０、および２４０、ならびに２つの基地局２５０および２６０を示す。ワイヤレス通信システムが、より多くの遠隔装置および基地局を備え得ることを認識すべきである。遠隔装置２２０、２３０、および２４０は、それぞれ改良された半導体ダイパッケージ２２５Ａ、２２５Ｂ、および２２５Ｃを備え、これらは、以降においてさらに議論される実施形態である。図２は、基地局２５０および２６０から遠隔装置２２０、２３０、および２４０への送信リンク信号２８０、ならびに遠隔装置２２０、２３０、および２４０から基地局２５０および２６０への逆方向リンク信号２９０を示す。
【００１２】
図２では、遠隔装置２２０は携帯電話として示され、遠隔装置２３０はノートパソコンとして示され、遠隔装置２４０はワイヤレスローカルループシステムにおけるコンピュータとして示されている。例えば、遠隔装置は、携帯電話、携帯型パーソナルコミュニケーションシステム（ＰＣＳ）ユニット、携帯情報端末などの携帯型データユニット、ＧＰＳ対応機器、ナビゲーション機器、セットトップボックス、ミュージックプレーヤ、ビデオプレーヤおよびエンターテイメントユニットなどのメディアプレーヤ、検針器などの固定ロケーションデータユニット、またはデータもしくはコンピュータ命令を保存または回復する任意のその他装置、あるいはそれらの組み合わせとすることができる。図２は、本明細書に開示された教示による遠隔装置を示すが、本発明は、これらの例示的に図示されたユニットに限定されない。本発明は、半導体ダイパッケージを備えるいかなる装置にも適切に採用され得る。
【００１３】
図３Ａおよび３Ｂは、本発明の１実施形態による例示的チップパッケージ３００のそれぞれ上面図および側面図である。図３Ａは、チップパッケージ３００を上からの視点で示す。図３Ｂは、チップパッケージ３００を側面からの視点で示す。
【００１４】
チップパッケージ３００は、フリップチップＢＧＡとして実装されたＲＦダイ３０１と、ワイヤボンド３０４を有するデジタルダイ３０２と、パッケージ基板３０５上に配置されたスペーサ３０３と、を備える。チップパッケージ３００では、デジタルダイ３０２が、スペーサ３０３およびＲＦチップ３０１の上に配置され、かつこれらによって支持される。ＲＦダイ３０１はフリップチップＢＧＡとして実装されるため、図１に示す実施形態のようなＲＦ性能の低下の問題がない。
【００１５】
さらに、実施形態によっては、モールドのみのアンダーフィル（Ｍｏｌｄ−Ｏｎｌｙ  Ｕｎｄｅｒｆｉｌｌ）（ＭＵＦ）３０６はチップ３０１および３０２の両方を包み、適切に支持するため、チップパッケージ３００は、キャピラリーアンダーフィルより好ましいモールドのみのアンダーフィル３０６を使用することができる。典型的に、モールドのみのアンダーフィル方法は、小さなダイおよび高ピッチのダイでの使用に限られている。図３では、モールドのみのアンダーフィル方法での使用に容易に適合するように、最小のダイ（３０１）はピッチの大きなフリップチップダイである。対照的に、図１では、より大きなデジタルダイ１０２がピッチの小さなフリップチップダイであり、モールドのみのアンダーフィル方法がキャピラリーアンダーフィル１０３ほど望ましくない。当技術分野で周知のように、アンダーフィルは、熱膨張および機械的衝撃に影響から保護するために、ダイをパッケージ上の接点に接着する。モールドのみのアンダーフィル３０６は、単一のダイだけでなくパッケージ全体を包み込むアンダーフィルである。図３Ａおよび３Ｂに示す実施形態は、ＲＦダイ３０１のアンダーフィルとしてモールドのみのアンダーフィル３０６を利用することにより、キャピラリーアンダーフィルを適用するために図１の従来技術で採用されるステップを省略することができる。しかし、キャピラリーアンダーフィルの使用を除外しない実施形態もあることに注意すべきである。
【００１６】
ＲＦダイ３０１は、そこからの信号がパッケージ３００の端部まで容易に送られるように、パッケージ３００の中心から多少ずらして配置される。しかし、パッケージ３００からスペーサ３０３が取り除かれると、デジタルダイ３０２の突出部の量が過剰になり得る。したがって、１態様では、スペーサ３０３は、ＲＦダイ３０１を中心からずらして配置することを可能にすると同時に、デジタルダイ３０２を機械的に支持する。さらに、図３Ａおよび３Ｂの実施形態では、モールドのみのアンダーフィル３０６は、シリカ粒子などの粒子を有するエポキシからなる。この実施形態では、スペーサ３０３は、モールドのみのアンダーフィル３０６のエポキシ化合物より効果的に熱を伝導するシリコンからなる。したがって、スペーサ３０３は、その材料に基づいて、デジタルダイ３０２から基板３０５へと移動されるべき熱のための経路を提供する。従って熱の散逸がもたらされる。別の実施形態では、スペーサ３０３は、スペーサ３０３の熱伝導能力をさらに高めるために、スペーサ３０３の貫通ビア内に銅などの熱伝導材料を含む。
【００１７】
図４は、本発明の１実施形態による例示的チップパッケージ４００の図である。多くの実施形態では、１つまたは複数のスペーサ上に受動素子を実装するために、薄膜堆積法を使用することができる。受動素子は、例えばインダクタ、キャパシタ、およびレジスタを含む。チップパッケージ４００は、受動素子がその上に組み込まれ（図示せず）、フリップチップＢＧＡとして実装されたスペーサ４０３を備える。受動素子は、スペーサ４０３のフリップチップ接点を利用してチップパッケージ４００内のその他の部材と電気通信し、かつ図３Ａおよび３Ｂに関して先に説明したように、スペーサ４０３は、機械的支持および熱伝導をもたらす。スペーサ４０３などのスペーサ上への受動素子の実装は、実施形態によっては、外部に配置された受動素子をスペーサの専有面積内に移動することによって、空間を節約することができる。
【００１８】
上記の実施形態は、１つのワイヤボンドダイと、１つのスペーサと、１つのより小さなフリップチップダイとを含むが、実施形態はそのように限定されるものではない。例えば、チップパッケージは、各々の部材を２つまたはそれより多く備えてもよい。したがって、実施形態によっては、各々がスペーサおよびフリップチップの上に配置されワイヤボンドダイを備える２つまたはそれより多くの構造体を含み得る。さらに、他の実施形態は、各々が１つまたは複数のスペーサおよび１つまたは複数のフリップチップダイの上に配置されたワイヤボンドダイを備える構造体を含み得る。さらに、特定の材料について言及したが、現在周知の、または後に開発された基板、ダイ、スペーサ、およびアンダーフィル用のその他の適当な材料を本発明の様々な実施形態に組み込むことができる。
【００１９】
図５は、本発明の１実施形態による、チップパッケージを作製するための例示的方法５００の図である。方法５００は、製造設備における例えば１つまたは複数の機械およびコンピュータ制御された方法によって実施することができる。
【００２０】
ブロック５０１では、フリップチップ半導体ダイがパッケージ基板上に配置される。実施形態によっては、フリップチップ半導体ダイが、ＲＦダイを含む。ブロック５０１は、半導体ダイ上のソルダバンプをパッケージ基板上の接点に位置合わせするステップと、位置合わせ後にソルダ材料を流すステップとを含むがこれに限定されない半導体ダイを配置するための任意の多様な適切な技法を含み得る。
【００２１】
ブロック５０２では、スペーサがパッケージ基板上に配置される。スペーサがその上に組み込まれた受動素子を有する実施形態では、スペーサは、ブロック５０１においてパッケージ基板上にダイを配置するために使用された技法に類似のやり方でパッケージ基板上に配置され得る。スペーサがダミースペーサである実施形態では、スペーサは、例えばエポキシダイ付着材料を使用することによって、パッケージ基板上に配置され得る。
【００２２】
ブロック５０３では、例えばエポキシダイ付着材料を使用することによって、ワイヤボンド半導体ダイがスペーサおよびフリップチップ半導体ダイ上に配置される。デジタルダイの種類の例は、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、汎用プロセッサ、および類似のものを含み得るが、これらに限定されるものではない。いくつかの実施形態におけるブロック５０３はまた、パッケージ基板とワイヤボンド半導体ダイの接点の間のワイヤボンド連結を作製するステップを含む。
【００２３】
ブロック５０４では、図３Ａ、３Ｂおよび４に示されるように、モールドアンダーフィルがフリップチップ半導体ダイ、スペーサおよびワイヤボンドダイを取り囲むように、モールドのみのアンダーフィルがパッケージに適用される。パッケージ自体が完成すると、携帯電話、ナビゲーション装置、メディアプレーヤ、携帯情報端末（ＰＤＡ）、コンピュータ、または類似のものなどの１つまたは複数の装置に容易に搭載される。
【００２４】
工程５００は、一連の個別の工程として示されているが、実施形態は、図５に示す工程に必ずしも限定されるものではない。実施形態によっては、工程５００における１つまたは複数のブロックを追加、省略、再構成、または変更することができる。例えば、ブロック５０１および５０２は、順序を逆にしてよく、または同時に実施してもよい。さらに、実施形態によっては、キャピラリーアンダーフィルがフリップチップ半導体ダイに適用され得るが、一方で、その他の実施形態では、モールドのみのアンダーフィルを支持してキャピラリーアンダーフィルが省略され得る。さらに、さまざまな実施形態は、例えば薄膜処理によってスペーサ上に受動素子を集積するステップを含み得る。
【００２５】
さまざまな実施形態は、従来技術のチップパッケージに対する利点を有する。例えば、いくつかの実施形態は、ワイヤボンド構造としてではなくフリップチップＢＧＡとしてＲＦチップを実装することによって、全体としてパッケージの寸法を増大させることなく、ＲＦ性能を高める。実際に、いくつかの実施形態は、垂直積層を利用し、かつキャピラリーアンダーフィルを省略することによって、図１に示すものよりも小さなパッケージを利用する。さらに、いくつかの実施形態は、ワイヤボンドダイの熱散逸のために、スペーサを使用することによって、スペーサ内のシリコン（またはその他の）材料の熱伝導特性を活用する。
【００２６】
本発明およびその利点について詳細に説明したが、添付の特許請求の範囲によって定義される開示の技術から逸脱することなく、多様な変更、置換、および代替を行うことができることを理解すべきである。さらに、本願の範囲は、本明細書に記載されたプロセス、機械、生産物、組成物、手段、方法、およびステップの特定の実施形態に限定されることを意図するものではない。当業者が本開示から当然容易に理解できるように、本開示に従って、本明細書に記載された対応する実施形態と実質的に同一の機能を果たすかまたは実質的に同一の結果をもたらす、既存のまたは後に開発される、プロセス、機械、生産物、組成物、手段、方法、またはステップを利用することができる。したがって、添付の特許請求の範囲は、そのようなプロセス、機械、生産物、組成物、手段、方法、またはステップをその範囲に含むことが意図される。
【符号の説明】
【００２７】
１００  チップパッケージ
１０１  ＲＦダイ
１０２  デジタルダイ
１０３  キャピラリーアンダーフィル
２２５  半導体ダイパッケージ
２２０、２３０、２４０  遠隔装置
２５０、２６０  基地局
２８０  送信リンク信号
２９０  逆方向リンク信号
３００、４００  チップパッケージ
３０１  ＲＦダイ
３０２  デジタルダイ
３０３、４０３  スペーサ
３０４  ワイヤボンド
３０５  パッケージ基板
３０６  モールドのみのアンダーフィル
【図１】
2013519238.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
2013519238.tif 000008
2013519238.tif 000009
2013519238.tif 000010