(57)【要約】本発明の一態様は、デバイスのパワーまたはグラウンドとＢＧＡパッケージとを接続する経路のインピーダンスを減らすことに関する。一つの特定の実現例では、シグナルボンドワイヤ（１１５）から所定の距離を置いてグラウンドストラップ（１３０）を配置することによって、シグナルボンドワイヤのインピーダンスを制御する。関係する実施形態では、ワイヤボンド（１１５）の近傍でデバイスダイ（１４０）とパッケージとの間に低インピーダンスのパワーまたはグラウンド接続を設ける。集積回路（１４０）は、複数のグラウンドパッド、シグナルパッド、パワーパッド、及び前記集積回路を実装するためのパッケージを含む。パッケージ（１００）は、複数のパッドランディング（１１０）、集積回路（１４０）を取り囲むグラウンドリング（１０５）、及び集積回路のグラウンドパッド（１２０）にグラウンドリング（１０５）を結合するグラウンドストラップ（１３０）を備える。
2006510202.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のグラウンドパッド、シグナルパッド、及びパワーパッドを有する集積回路と前記集積回路を実装するためのパッケージとを備える集積回路デバイスであって、前記パッケージが、前記集積回路を取り囲むグラウンドリングと、前記グラウンドリングを前記集積回路の前記グラウンドパッドに結合するグラウンドストラップとを備える、集積回路デバイス。
【請求項２】
前記パッケージがさらに複数のパッドランディングを備える、請求項１に記載の集積回路デバイス。
【請求項３】
前記集積回路の前記シグナルパッドがボンドワイヤによって前記パッドランディングに結合される、請求項２に記載の集積回路デバイス。
【請求項４】
前記ボンドワイヤが前記グラウンドストラップに近接し、かつ接触しない、請求項３に記載の集積回路デバイス。
【請求項５】
前記グラウンドストラップが銅の導体を備える、請求項１に記載の集積回路デバイス。
【請求項６】
前記グラウンドストラップが金の導体を備える、請求項１に記載の集積回路デバイス。
【請求項７】
前記グラウンドストラップが銀の導体を備える、請求項１に記載の集積回路デバイス。
【請求項８】
前記グラウンドストラップがアルミニウムの導体を備える、請求項１に記載の集積回路デバイス。
【請求項９】
前記グラウンドストラップが銅、金、銀、アルミニウム、及びそれらの合金から選ばれた高導電性材料の導体を備える、請求項１に記載の集積回路デバイス。
【請求項１０】
前記グラウンドストラップがさらに、第１の導体を提供し、第１の長さと第１の断面とを有する第１の導電材料を備え、前記第１の導体が上面と底面とを有する、請求項１に記載の集積回路デバイス。
【請求項１１】
前記グラウンドストラップがさらに、第２の断面と第２の長さとを有する誘電性材料を備え、前記第２の断面が前記第１の導体の前記第１の断面とほとんど等しく、前記第２の長さが前記第１の長さより短く、前記誘電性材料が前記第１の長さのほぼ中間点にて前記第１の導体に取り付けられ、前記第１の導体の第１の間隙と第２の間隙とが露出したまま残る、請求項１０に記載の集積回路デバイス。
【請求項１２】
前記グラウンドストラップがさらに、前記第１の間隙と前記第２の間隙とにおいて前記第１の導体に適用される第２の導電材料を備え、前記第２の導電材料が前記誘電性材料と実質的に面一となるよう適用され、前記第１の間隙が前記グラウンドリングに結合し、前記第２の間隙が前記集積回路の前記グラウンドパッドに結合するよう前記グラウンドストラップが形成される、請求項１１に記載の集積回路デバイス。
【請求項１３】
前記グラウンドストラップが、さらに第１の導体を提供し、第１の長さと第１の断面とを有する第１の導電材料を備え、前記第１の導体が上面と底面とを有する、請求項２に記載の集積回路デバイス。
【請求項１４】
前記グラウンドストラップが、さらに第２の断面と第２の長さとを有する誘電性材料を備え、前記第２の断面が前記第１の導体の前記第１の断面とほとんど等しく、前記第２の長さが前記第２の長さより短く、前記誘電性材料が前記第１の長さのほぼ中間点にて前記第１の導体に取り付けられ、前記第１の導体の第１の間隙と第２の間隙とが露出したまま残る、請求項１３に記載の集積回路デバイス。
【請求項１５】
前記グラウンドストラップが、さらに前記第１の間隙と前記第２の間隙とにおいて前記第１の導体に適用される第２の導電材料を備え、前記第２の導電材料が前記誘電性材料と実質的に面一となるよう適用され、前記第１の間隙が前記グラウンドリングに結合し、前記第２の間隙が前記集積回路の前記グラウンドパッドに結合するよう前記グラウンドストラップが形成される、請求項１４に記載の集積回路デバイス。
【請求項１６】
前記誘電性材料が、ポリイミド、ポリアミド、ソルダーマスク、ＰＴＦＥ、及びＴＥＦＬＯＮＴＭの内の少なくとも一つから選ばれる、請求項４に記載の集積回路デバイス。
【請求項１７】
前記集積回路と複数の前記シグナルパッドと複数の前記グラウンドパッドとが、シグナルパッドがグラウンドパッドに隣接するよう配置される、請求項１に記載の集積回路デバイス。
【請求項１８】
ボールグリッドアレーパッケージにおいて半導体デバイスダイをパッケージする際にボンドワイヤのインピーダンスを制御するための方法であって、前記方法が、デバイスダイ上でのシグナル及びパワー／グラウンドパッドの位置を決定すること、前記デバイスダイのためのグラウンドを有する適当なパッケージを選択すること、前記デバイスダイグラウンドパッドとパッケージグラウンドとにグラウンドストラップを接着すること、前記パッケージグラウンドに前記デバイスダイグラウンドパッドを結合すること、前記グラウンドストラップの付近でパッケージランディングに前記デバイスダイのシグナルパッドを接着すること、パッケージランディングに前記デバイスダイの残りのシグナル、パワー、及びグラウンドパッドを接着すること、及び前記パッケージを密封することを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本発明は、並行して提出された出願「高密度パッケージ相互接続ワイヤボンドストリップラインとその方法」（代理人整理番号US020512P）に関し、ここに本明細書の一部を構成するものとしてその全内容を援用する。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、集積回路パッケージングの分野に関し、特にデバイスのパワーまたはグラウンドパッドをパッケージに接続することに関する。
【発明の背景】
【０００３】
集積回路技術の進歩により基板の任意の部分に実装できるデバイスの密度や複雑さが増し、そのことにより、デバイスのパッケージングに大きな課題が生じている。例えばコンピュータアプリケーションでは、データバスの幅が１６ビット、３２ビット、６４ビットから１２８ビット以上にまで拡大した。システムにおけるデータの移動中に、バスで同時切り替え出力（ＳＳＯ）が発生することは珍しくない。このＳＳＯの最中に発生する大きな過渡電流のため、チップのパワーレールとグラウンドレールとがノイズを被ることがしばしばある。このノイズが大きいと、グラウンドレールとパワーレールがそれぞれの規定電圧からずれ、チップで予測不能の挙動が発生する。
【０００４】
ＢＧＡ（ボールグリッドアレー）パッケージにおいて、パッケージ上のグラウンドにデバイスダイを接続するためにボンドワイヤがしばしば使われる。ピン数が多いＢＧＡにおいては、一般的にグラウンドリングが使用される。平面内導波路構造を作成することによってシグナルボンドワイヤのインピーダンスを制御するため、これらのボンドワイヤはシグナルボンドワイヤの近傍に配置されることがある。
【０００５】
米国特許5,872,403及び6,083,772は、基板上でパワー半導体ダイを実装する構造と方法とに関する。それらは概してパワーエレクトロニクス、より具体的にはパワーデバイスのための低インピーダンス大電流導体とその製造方法に関する。
【０００６】
米国特許６，３１９，７７５Ｂ１は、集積回路パッケージを作成する方法に、特に集積回路ダイとリードフレームとに導電性ストラップを取り付けるプロセスに関する。この特許と上記の２つの特許は、ここに本明細書の一部を構成するものとしてその全内容を援用する。
【発明の開示】
【０００７】
本発明は、デバイスのパワーまたはグラウンドとＢＧＡパッケージとを接続する経路のインピーダンスを減らすのに有利である。加えて本発明は、シグナルボンドワイヤから所定の距離をおいてグラウンドストラップを配置することによってシグナルボンドワイヤのインピーダンスを制御できる。
【０００８】
一つの実施形態では、複数のグラウンドパッド、シグナルパッド、及びパワーパッドを有する集積回路と、その集積回路を実装するためのパッケージを備える集積回路デバイスがある。このパッケージは、複数のパッドランディングと、集積回路を取り囲むグラウンドリングと、集積回路のグラウンドパッドにグラウンドリングを結合するグラウンドストラップとを備える。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明のさらなる利点や新規の特徴を以下において説明するが、当業者にとって、それらは以下の説明を考慮することによってある程度明らかとなり、あるいは本発明の実践によって理解されるであろう。
【００１０】
例を示し、さらに添付の図面を参照しつつ、本発明をさらに詳しく説明する。
【００１１】
本発明は、デバイスのパワーまたはグラウンドとＢＧＡパッケージとを接続する経路のインピーダンスを減らすのに有利である。加えて本発明は、シグナルボンドワイヤから所定の距離をおいてグラウンドストラップを配置することによってシグナルボンドワイヤのインピーダンスを制御できる。図１に示すとおり、インピーダンスに対するグラウンドストラップ上でのボンドワイヤの高さのグラフはその関係を示したものである。このグラフでは、直径２５μｍのワイヤと５０μｍのボンディングピッチを仮定している。グラウンドストラップがないボンドワイヤの場合のインピーダンス値は、高さ５００μｍ、１３８オームでの値に等しい。
【００１２】
所望の電気的パラメータは設計要件によって決まるであろう。多くの場合、５０、７５、及び１００オームのインピーダンスが使われる。例えば、５０オーム程度のインピーダンスを得るには２５μｍの高さを使う。インピーダンスが７５オームであれば、グラウンドストラップに対するボンドワイヤの高さは５０μｍ程度となる。１００オーム程度のインピーダンスを得るには、１２５μｍの高さを使用する。
【００１３】
図２及び図２Ａを参照すると、本発明の実施形態においては、ワイヤボンドの近傍でデバイスダイとパッケージとの間に低インピーダンスのパワーまたはグラウンド接続を設ける。これは、ワイヤボンドのインピーダンスを減らす。パッケージ１００の例のパッケージ空洞１３５の中のプラットフォーム（図示せず）上には、ダイ１４０が取り付けられる。このパッケージ例は、ＢＧＡタイプの構成でもよい。ピン数が多いＢＧＡパッケージ（２００ボールを超える）の場合、本発明は、とりわけ高速度インピーダンス感応アプリケーションにおいて、インピーダンスを制御する手段を提供する。かかる手法は、任意のデバイスダイやボール数の多いＢＧＡパッケージに応用でき、性能の向上を図ることができる。特定の設計例においてグラウンドストラップを収容し易くするためには、シグナルパッドの中に組み込まれるようにグラウンドパッドを設計すると有利であろう。
【００１４】
高速インピーダンス感応アプリケーションでグラウンドストラップを設ければ、そのユーザーはパッケージの全体を通じて一定の特性インピーダンス、例えば１００オームを、維持できる。通常、ダイのデバイス出力は、約１３８オームのインピーダンスと約４ｍｍの長さとを有するボンドワイヤに接続され、前記ボンドワイヤはさらに約９０オームのインピーダンスと約１０ｍｍの長さとを有するパッケージトレースに接続される。本発明に従い、かつルーティングに配慮してグラウンドストラップを使用すれば、デバイスダイからパッケージボールに至る全長１４ｍｍにわたって一定のインピーダンス１００オームを維持できる。
【００１５】
グラウンドストラップのインダクタンス低下は、Ｉ／Ｏ切り替え電流に起因するパワーまたはグラウンド上での誘導ノイズを減らすことによって、信号の整合性を向上させる。
【００１６】
グラウンドリング１０５は、ダイ１４０を取り囲む。ボンドパッド１２５は、ワイヤボンド１１５によってパッケージパッドランディング１１０に結合されるデバイスシグナルパッドである。ワイヤボンド１１５はグラウンドストラップ１３０に近接し、前記グラウンドストラップ１３０はデバイス上の専用グラウンドパッド１２０に取り付けられる。かかる専用グラウンドパッドは、回路の設計及びレイアウト次第で単一のパッドでも複数のパッドでもよい。グラウンドストラップ１３０の堅牢さによって、ＳＳＯの過渡電流を処理するデバイスの能力は向上する。グラウンドストラップのインダクタンスは、２ｍｍボンドワイヤの場合の２ｎＨに比べて、２ｍｍストラップの場合は約１．３ｎＨである。グラウンドストラップは主に、そのボンドワイヤとのサイズの関係によってインダクタンスを減少させる。
【００１７】
図３を参照すると、グラウンドストラップ１３０は、任意の適宜な導電性材料で作成することができる。一実施形態のグラウンドストラップ１３０は銅を含む。グラウンドストラップ１３０は複合材料からなる。グラウンドストラップ１３０の１つの実現例においては、その上面に、所定のアプリケーションにとって十分な厚みを持つ銅層２０５を有する。接着を容易にするため、銅層２０５の各末端に取り付けられた金２１０が、デバイスのグラウンドボンドパッド１２５とグラウンドリング１０５へのストラップの取り付けを助長する。非導電性金属酸化物等の絶縁材料を加えて層２２０を形成してもよく、ワイヤ接着工程中に偶発的な短絡が形成される見込みを減らすために、かかる層２２０を追加してもよい。その他の誘電体としては、ポリイミド、ポリイミド／ポリアミド、ソルダーマスク、ＰＴＦＥ、ＴＥＦＬＯＮＴＭのほか、プリント基板（ＰＣＢ）に適した可撓性誘電体が挙げられる。
【００１８】
図４を参照すると、デバイス上のグラウンドパッドは様々な形に構成できる。所定の構成で用いる基準は、設計・レイアウトのルールと要求されるグランディングストラッピングの度合いに左右される。配置３００は、専用グラウンドパッド３１０（破線で図示）に接着されたグラウンドストラップ３０５を示したものである。ボンドパッド３１５は、すぐ近くに位置する。その上に接着されるボンドワイヤのインピーダンスは、グラウンドストラップ３０５の働きによって減少する。
【００１９】
図５を参照すると、本発明のさらなる実施形態においては、延在する突出部をグラウンドストラップに設けることで、パッケージのグラウンドリングに接着されたグラウンドパッドの間にシグナルパッドの位置を定めることもできる。配置４００は、破線で示すグラウンドパッド４１０間に位置するシグナルパッド４１５を含む。グラウンドストラップ４０５は、グラウンドパッド４１０にストラップを接着するためのフィンガーを有する。
【００２０】
図６に示すフローチャートでは、ピン数が多いため、ボール／ピン数が多いパッケージにパッケージされる所定のデバイスダイに、前記の実施形態を応用可能である。一実施形態においては、一連のステップ６００を辿ることにより、デバイスダイとパッケージで本発明を実現できる。設計者は６０５にて、デバイス上でのシグナル及びパワー／グラウンドパッドの位置を決定する。先行する設計作業では、デバイスの性能を向上させる一方で、デバイス上でのノイズ発生を抑えることを重視するであろう。６１０では、デバイスとアプリケーションとに適したパッケージを選ぶ。ステップ６０５及び６１０はしばしば、実際の設計がシリコンで実装される前に発生する。ただし、本発明は、どんなデバイス及びパッケージの組み合わせにでも応用できる。デバイスダイパッドのレイアウトとパッケージが定まった後、６１５にて、ボンドグラウンドストラップをデバイスグラウンドパッドに、またさらにパッケージグラウンドに接続する。パッケージの種類に応じて、それらはボンドパッドであってもよく、または図２の場合のように、デバイスダイを取り囲むグラウンドリングであってもよい。また、一つのデバイス／パッケージ構成で複数のグラウンドストラップを使用することもできる。グラウンドストラップを接着した後は、６２０にて、グラウンドストラップの付近でデバイスシグナルパッドを対応するパッケージランディングにワイヤ接着できる。残りのシグナル、パワー、及びグラウンドパッドは、６２５にて接着する。接着が完了した後は、６３０にてパッケージを密封する。
【００２１】
本発明を、いくつかの特定の実施形態を参照して説明してきたが、添付の請求項で定義する本発明の精神と範囲から逸脱することなく、本発明に様々な変更を加えてもよいことは、当業者には理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】インピーダンスに対するグラウンドストラップ上のボンドワイヤの高さのグラフ。
【図２】本発明による実施形態の頂面図。
【図２Ａ】図２に示す実施形態の側面図。
【図３】図２Ａに示す、複合材料からなるパワー／グラウンドストラップの側面図。
【図４】パワー／グラウンドストラップと、それが本発明に従ってＩＣデバイスダイのパワー／グラウンドパッドにいかに取り付けられるかの詳細を示す上面図。
【図５】パワー／グラウンドストラップのさらなる実施形態と、それが本発明に従ってＩＣダイのボンドパッドにいかに取り付けられるかを示す図。
【図６】本発明の実施形態に従ってデバイスダイをパッケージする工程のフローチャート。
【符号の説明】
【００２３】
１００  パッケージ
１０５  グラウンドリング
１１０  パッドランディング
１１５  ボンドワイヤ
１２０  グラウンドパッド
１２５  シグナルパッド
１３０  グラウンドストラップ
１３５  パッケージ空洞
１４０  集積回路
【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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【国際調査報告】
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2006510202.tif 000010
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