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JP3560488B2 - マルチチップ用チップ・スケール・パッケージ - Google Patents

マルチチップ用チップ・スケール・パッケージ Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体パッケージ構造体に関し、特にマルチチップ用チップ・スケール・パッケージ（ＣＳＰ）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造技術がますます進歩するに連れて、半導体装置の要件を満たすために関連技術をさらに進歩させる必要がある。半導体装置の製造プロセスは、通常、三つの段階を含む。第一の段階においては、半導体基板を形成するために、エピタキシ技術が使用される。金属酸化膜半導体（ＭＯＳ）のような半導体装置および多層相互接続部は、第二段階において前記基板上に形成される。第三の段階は、パッケージ・プロセスである。薄く、軽量で、小型に、すなわち、半導体装置の集積度をより高めて、装置または電子製品を作るのが現在の傾向の主流である。パッケージについては、集積度を高めるために、チップ・スケール・パッケージ、マルチチップ・モジュール（ＭＣＭ）のような多くの技術が開発されてきた。ライン幅０．１８ミクロンの製造技術の開発は、非常な関心を集め、パッケージ容積をさらに小さくするために、非常に熱心な研究が行われてきた。非常に重要なパッケージ技術の一つは、一つ以上のチップを単一のパッケージ内に配置する技術である。マルチチップ・パッケージの場合には、製造コストおよびパッケージ容積を低減するために、プロセッサ、ダイナミックＲＡＭ（ＤＲＡＭ）およびフラッシュ・メモリを含むメモリ、および論理回路のチップを一緒に、単一のパッケージ内に収容することができる。さらに、効率を向上させるために、信号送信経路が短縮される。マルチチップＩＣパッケージ技術は、また、可変機能および動作周波数を持った、例えば、下記のマルチチップ・システムにも適用することができる。
【０００３】
１．メモリ・チップ、マイクロプロセッサ、抵抗、コンデンサおよびインダクタを備えるシステム。
【０００４】
２．メモリ・チップ（ＤＲＡＭ）、論理回路チップ、およびメモリ・チップ（フラッシュ・メモリ）を備えるシステム。
【０００５】
３．アナログ・チップ、論理回路チップ、（ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、フラッシュ・メモリを含む）メモリ・チップ、抵抗、コンデンサおよびインダクタを備えるシステム。
【０００６】
図１は、従来のマルチチップ・モジュールである。多層プリント基板（ＰＣＢ）は、通常、マルチチップ・モジュールのキャリヤの基板として使用される。一つ以上のチップ１２が、絶縁接着剤１４により前記基板１０上に接着される。チップ１２上のボンディング・パッドは、導電性ワイヤ１６により、基板１０上のターミナルに電気的に接続している。ワイヤ・ボンディングの他に、フリップ・チップまたは突起（バンプ）を使用するコントロール・コラプス・チップ接続（Ｃ４）により、チップ１２と基板１０との間を接続することができる。チップ１２を密封するために樹脂１８を使用することができ、プリント基板上の前記ターミナルに接続するために、半田のボール２０を使用するボール・グリッド・アレー（ＢＧＡ）により、全パッケージとプリント基板との間を電気接続することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この従来のマルチチップ・モジュールの欠点としては、広い面積が占有されるという事実をあげることができる。何故なら、複数のチップが表面の同じ側上に設置されるからである。それ故、パッケージの容積は大きくなり、チップ間の信号経路は長くなる。さらに、チップとキャリヤとの間を接続するために、フリップ・チップ技術を使用することにより、パッケージの容積を小さくすることができても、試験を行う場合には、実績のある高品質ダイ（ＫＧＤ）法を使用しなければならない。
【０００８】
米国特許第５，３３１，２３５号は、パッケージの容積をさらに小さくするための対面マルチチップ・パッケージを開示している。図２の場合、このマルチチップ・パッケージは、テープ自動化ボンディング（ＴＡＢ）により、向き合った状態に配置されている二つのチップ３０および３２を備える。内部リード・ボンディング（ＩＬＢ）の場合には、二つのチップ３０、３２は、フィルム・キャリヤ３８に電気的に接続するための突起３４、３６を持つ。外部リード・ボンディング（ＯＬＢ）の場合には、チップ３０、３２は、リード・フレーム４０に接続している。半田ボール４２は、二つのチップ３０、３２の間に形成される。チップ３０、３２、フィルム・キャリヤ３８、およびリード・フレーム４０は、樹脂４４により成形される。このマルチチップ・パッケージは、テープ自動化ボンディング技術を使用する。チップとプリント基板との間の電気接続は、リード・フレームまたは他のキャリヤを設置することにより行われる。信号送信経路は長くなる。さらに、パッケージの成形材（樹脂）を使用するために、厚さも表面積も大きくなる。適用範囲が狭くなり、熱の放散は効率的に行われない。さらに、この種のパッケージは、高周波製品には使用することができない。
【０００９】
本発明は、厚さが薄く、表面積の小さなマルチチップ用チップ・スケール・パッケージを提供する。一つ以上のチップを一つのキャリヤ内にパッケージすることができる。表面積は、その内部にパッケージされている最も大きなチップとほぼ同じか、すこし大きい。マルチチップ用チップ・スケール・パッケージの信号送信経路は、チップの性能を向上させるために短くなっている。
【００１０】
マルチチップ用チップ・スケール・パッケージは、熱の放散性能が高い。熱の放散は、プリント基板上の金属プレートまたはプリント回路により行われる。別の方法としては、別に熱放散装置を設けることができる。
【００１１】
さらに、チップ・パッケージの試験は、実績のある高品質ダイ法を使用しないで、パッケージ・プロセス中に行うことができる。適用範囲を広げるために、回路構成部品を一つのキャリヤ上に配置することができ、チップ用パッケージでパッケージすることができる。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的および利点を達成するために、マルチチップ用チップ・スケール・パッケージが使用される。マルチチップを収容するために、一つのフィルム・キャリヤが使用される。フリップ・チップ技術を使用することにより、二つのチップは、フィルム・キャリヤの二つの面上に、向き合った状態で配置される。各チップは、フィルム・キャリヤに接続している一つの突起を持つ。チップの間には絶縁材が満たされ、一方、各チップのもう一つの面は露出している。従って、パッケージの厚さは薄くなり、熱放散性能は向上する。さらに、外部信号を直接送るために、フィルム・キャリヤ上に導電性ワイヤが形成される。信号送信経路は、追加のキャリヤを貫通することにより短くなる。
【００１３】
プリント基板上にマルチチップ用チップ・スケール・パッケージを配置する場合、熱放散を有利に行うために、チップの一つの面をプリント基板上のプリント回路または金属プレートに、直接接続することができる。追加の熱放散装置を他方のチップの表面上のプリント基板の遠い方の端部に設置することができる。それ故、熱放散効果はさらに向上する。さらに、絶縁フィルム上に、少なくとも一つの設置用孔部が形成され、絶縁材により満たされる。その結果、チップをフィルム・キャリヤにしっかりと接続することができる。さらに、チップを電気的に接続するために、インダクタのような回路構成部品をフィルム・キャリヤ上に配置することができる。チップと回路構成部品の両方を同じフィルム・キャリヤ上にパッケージすることができる。それ故、パッケージの適用範囲は広い。そのため、パッケージ品質が改善され、信頼性が向上する。
【００１４】
前記の簡単な説明および以下の詳細な説明は、例示および説明のためのものであって、特許請求の範囲に記載するように本発明を制限するものではない。
【００１５】
【発明の実施の形態】
パッケージ・プロセス中のいくつかの段階は、通常、下記のステップを含む。
【００１６】
１）キャリヤの選択：例えば、リード・フレーム、フィルム・キャリヤまたはプリント基板のような要件に従って、いくつかのタイプのチップを選択しなければならない。フィルム・キャリヤは、通常、テープ自動化ボンディング（ＴＡＢ）技術のために使用される。
【００１７】
２）チップとキャリヤ間の電気接続：現在、ワイヤ・ボンディング、フィルム自動化ボンディング、およびフリップ・チップまたはコントロール・コラプス・チップ接続（Ｃ４）が開発され、広く使用されている。
【００１８】
３）パッケージおよび装置の密封：チップ上の装置およびチップとキャリヤ間の接続を保護するために、樹脂、セラミックまたは他のパッケージ材により、チップおよびキャリヤを覆い、密封する。
【００１９】
図３は、マルチチップ用チップ・スケール・パッケージの断面図である。本発明の場合、種々のサイズの複数のチップ５０、５２、５４および５６が、これらチップ５０〜５６の全容積にほぼ等しいサイズの一つのパッケージ内に収容される。チップ５０〜５６は、ＤＲＡＭ、ＲＯＭ、論理回路またはアナログ回路、または他の装置を含むことができる。キャリヤの選択に関しては、この実施形態の場合、フィルム・キャリヤ５８が選択される。この図に示すように、フィルム・キャリヤ５８は、絶縁フィルム６０と、この絶縁フィルム６０上の導電性ワイヤ６２を備える。フィルム・キャリヤ５８の導電性ワイヤ６２は、他の種類のキャリヤ内で使用される導電性ワイヤより厚さが薄く、また幅も狭い。この種のパッケージは、高周波装置で使用することができる。
【００２０】
フリップ・チップ（またはＣ４）技術を、チップ５０〜５６とフィルム・キャリヤ５８との間の電気接続を行うために使用することができる。本発明のフリップ・チップ技術により、パッケージの厚さを薄くし、信号送信経路を短くすることができる。チップ５０〜５６は、その表面６４、６６、６８および７０上に、それぞれ、いくつかの装置を備えることができる。ボンディング・パッド（図示せず）を表面６４〜７０上に形成することができ、一方、突起７２をボンディング・パッド上に形成することができる。チップ５０〜５６は、フィルム・キャリヤ５８の対向面上に、向き合った状態で配置される。突起７２および導電性ワイヤ６２により、チップ５０〜５６は電気的に接続される。導電性ワイヤ６２の他に、抵抗、コンデンサ、インダクタのような受動素子からなる回路構成部品７４も絶縁フィルム６０上に形成することができ、導電性ワイヤ６２によりチップ５０〜６０に接続することができる。それ故、パッケージは、通信装置、計算システム、または一つのシステムのような種々の分野でより広く使用することができる。
【００２１】
パッケージおよび装置の密封については、エポキシのような絶縁材７６が、チップ５０および５６の間に充填される。絶縁材７６は、表面６４および７０上の装置を保護するためだけに、チップ５０および５６の表面６４および７０間に充填されることに留意されたい。一方、チップ５０および５６のもう一方の面７８、８０、８２および８４は、パッケージの寸法を小さくし、熱放散経路を形成するために露出される。
【００２２】
フィルム・キャリヤ５８の導電性ワイヤ６２は、追加のキャリヤを使用しないで、チップ５０〜５６および回路構成部品７４から外部装置またはシステムに信号を送信するために使用されるので、信号送信経路は短くなる。この図に示すように、導電性ワイヤ６２は、その後曲げられ、特定の要件に従って湾曲または成形される。導電性ワイヤ６２の形成プロセス、および導電性ワイヤ６２とプリント基板との間の以降の表面実装技術（ＳＭＴ）は、従来技術であるので、ここでの説明は省略する。
【００２３】
図４は、本発明の好適な実施形態で使用されるフィルム・キャリヤの平面図である。ここで、フィルム・キャリヤ５８についてさらに説明する。フィルム・キャリヤ５８は、絶縁フィルム６０およびこの絶縁フィルム６０上に配置されている。例えば銅のワイヤのような導電性ワイヤ６２を備える。通常、導電性ワイヤ６２は、ストリップの形をしていて、パッケージされる前は柔軟性を持つ。自動生産の場合には、絶縁フィルム６０は、フィルム・キャリヤ５８の移動を容易にするために、その二つの端部のところに引き込み孔部８６を持つ。絶縁フィルム６０は、さらに、コーナ部分が絶縁フィルム６０の本体に接続しているコーナ支持リング８８を備えることができる。従って、安定性を改善するために、導電性ワイヤ６２をコーナ支持リング８８上に配置することができる。コーナ支持リング８８を導電性ワイヤ６２上にテープで固定することもできるし、絶縁フィルム６０と一体に形成することもできる。絶縁材７６の取り付け状態を改善するために、例えば、十字形、円形、長方形または他の幾何学的形状の設置用孔部９０がコーナ部分に形成される。図４の場合には、チップ５０〜５６の間の点線の枠９２で示す範囲が絶縁材６８により充填され、設置用孔部９０が絶縁材７６により充填される。従って、絶縁材７６の固定状態が改善され、チップ５０〜５６とフィルム・キャリヤ５８との間の固定状態が改善される。
【００２４】
さらに、回路構成部品７４をフィルム・キャリヤ５８上に配置し、導電性ワイヤ６２を通して、チップ５０〜５６と接続することができる。それ故、パッケージを異なる機能および周波数範囲を含む、種々の分野に使用することができる。例えば、パッケージは、通信装置、計算システム、または一つのシステムに適用することができる。図４の実施形態の場合には、チップ５０、５２、５４はフィルム・キャリヤ５８上に一列に配置される。当業者であれば、フィルム・キャリヤ上の異なる位置に、異なるサイズの複数のチップを配置することができることを理解されたい。複数のチップは、回路構成部品を組み立てることによって、フィルム・キャリヤ上に配置することもできる。
【００２５】
図５は、プリント基板上のマルチチップ用チップ・スケール・パッケージの配置状態を示す。プリント基板１００は、通常、基板１０２とプリント回路１０４および１０６を備える。基板１０２は、例えば、積層により形成された多段プリント基板である。プリント回路１０４および１０６の材料は、例えば、銅フォイルを含む。本発明の場合には、プリント基板１００は、フィルム・キャリヤ５８の導電性ワイヤ６２に直接電気的に接続している。それ故、例えば、表面実装技術により、フィルム・キャリヤの導電性ワイヤと、プリント基板１００の導電性ワイヤの間を接続する、従来技術と比較すると、信号送信経路が短くなる。本発明の場合には、チップ５０〜５６の表面６４〜７０間に絶縁材７６が充填され、表面７８〜８４は露出状態のまま放置される。チップ５０〜５６のパッケージが、プリント基板１００の上に配置されているので、チップ５６の裸の面８４は、この図に示すように、プリント回路１０６に直接接続される。表面積を広くするために、プリント回路１０６が、プリント回路１０６上のアースに接続していて、表面積が広くなったために、熱放散効果が改善される。さらに、チップ５０、５２、５４に対する熱放散経路を形成するために、ヒート・シンクまたはヒート・スプレッダのような熱放散装置１０８を、プリント基板１００の遠い面のところで、チップ５０、５２、５４の表面７８、８０、８２上に設置することができる。
【００２６】
フィルム・キャリヤを使用することにより、従来の実績のある高品質ダイ法を使用しないで、パッケージ・プロセス中に、チップ・パッケージを試験することができる。それ故、コストを低減することができる。
【００２７】
【発明の効果】
要するに、本発明は、少なくとも下記の利点を含む。
【００２８】
１）マルチチップ用チップ・スケール・パッケージを使用することにより、厚さが薄くなり、表面積が小さくなる。パッケージのサイズは、チップの大きさより少し大きい。
【００２９】
２）信号送信のために、フィルム・キャリヤの導電性ワイヤが、直接電気的にチップに接続している。そのため、チップとプリント基板との間の信号送信経路が短くなり、チップの性能が向上する。
【００３０】
３）本発明は、裸のチップ・パッケージを採用している。そのため、熱放散性能が改善される。熱は、プリント基板上のプリント回路、金属プレート、または追加の熱放散装置により放散される。
【００３１】
４）パッケージの試験を、実績のある高品質ダイ法を使用しないで、パッケージ作業中に、チップに対して行うことができる。
【００３２】
５）設置用孔部の形成により、チップとフィルム・キャリヤとの間に充填された絶縁材の固定状態が改善され、その結果、チップをより安定した状態で、フィルム・キャリヤ上に配置することができる。
【００３３】
６）回路構成部品を、パッケージのフィルム・キャリヤ上に、直接配置することができる。導電性ワイヤにより、電気接続およびその信号送信の両方を行うことができる。それ故、この種のパッケージは、本発明の種々の分野に適用することができる。
【００３４】
本明細書に開示した本発明の仕様および実行を読めば、当業者なら他の実行方法を思いつくことができるだろう。上記仕様および実施形態は、単に例示としてのものであって、本発明の真の範囲および精神は、特許請求の範囲に記載してある。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のマルチチップ・モジュール・パッケージである。
【図２】従来の対面マルチチップ・モジュール・パッケージの断面図である。
【図３】本発明の好適な実施形態のマルチチップ用チップ・スケール・パッケージの断面図である。
【図４】本発明の好適な実施形態で使用するフィルム・キャリヤである。
【図５】プリント基板に、本発明のマルチチップ用チップ・スケール・パッケージを適用する方法の断面図である。
【符号の説明】
５０，５２，５４，５６ チップ
５８ フィルム・キャリヤ
６０ 絶縁フィルム
６２ 導電性ワイヤ
７２ 突起
７４ 回路構成部品
７６ 絶縁材

Claims (23)

  1. マルチチップ用チップ・スケール・パッケージであって、
    絶縁フィルムと、前記絶縁フィルム上に配置された複数の導電性ワイヤとを備えるフィルム・キャリヤと、
    前記フィルム・キャリヤの絶縁フィルムの二つの面上に配置され、各内面に、前記フィルム・キャリヤの導電性ワイヤと接続している突起を持つ複数のチップと、
    前記フィルム・キャリヤ上に配置され、前記導電性ワイヤに電気的に接続している受動素子からなる少なくとも一つの回路構成部品と、
    前記内面を密封するために、前記チップの間に充填された絶縁材とを備え、
    前記チップが露出した外面を持ち、かつ複数の前記チップは、前記フィルム・キャリヤの絶縁フィルムの一方の面側に大きなチップが１つ、絶縁フィルムの他方の面側に小さなチップが複数個並んでそれぞれ配置されることを特徴とするパッケージ。
  2. 請求項１に記載のパッケージにおいて、前記絶縁材が、前記絶縁フィルムの部分を覆うように充填されていることを特徴とするパッケージ。
  3. 請求項１に記載のパッケージにおいて、前記絶縁フィルムが、さらに、その二つの端部に、複数の引き入れ孔部を備えることを特徴とするパッケージ。
  4. 請求項１に記載のパッケージにおいて、前記フィルム・キャリヤが、さらに、前記絶縁材により充填された、少なくとも一つの設置用孔部を備えることを特徴とするパッケージ。
  5. 請求項１に記載のパッケージにおいて、前記フィルム・キャリヤが、さらに、前記導電性ワイヤを支持するために、前記絶縁フィルムにより囲まれているコーナ支持リングを備えることを特徴とするパッケージ。
  6. 請求項５に記載のパッケージにおいて、前記コーナ支持リングが前記絶縁フィルムに接続している複数の隅を持つことを特徴とするパッケージ。
  7. 請求項５に記載のパッケージにおいて、前記隅の少なくとも一つが、少なくとも一つの設置用孔部を持つことを特徴とするパッケージ。
  8. 請求項１に記載のパッケージにおいて、前記回路構成部品が一つのインダクタを備えることを特徴とするパッケージ。
  9. 請求項１に記載のパッケージにおいて、前記回路構成部品が一つの抵抗を備えることを特徴とするパッケージ。
  10. 請求項１に記載のパッケージにおいて、前記回路構成部品が一つのコンデンサを備えることを特徴とするパッケージ。
  11. 上に配置されている一つのパッケージを持つプリント基板であって、
    基板と、
    前記基板上の複数のプリント回路とを備え、
    前記パッケージが、
    絶縁フィルムと、前記絶縁フィルム上に配置された複数の導電性ワイヤとを備えるフィルム・キャリヤと、
    前記フィルム・キャリヤの絶縁フィルムの二つの面上に配置され、各内面に、前記フィルム・キャリヤの導電性ワイヤと接続している突起を持つ複数のチップと、
    前記フィルム・キャリヤ上に配置され、前記導電性ワイヤに電気的に接続している受動素子からなる少なくとも一つの回路構成部品と、
    前記内面を密封するために、前記チップの間に充填された絶縁材とを備え、
    前記チップが露出外面を持ち、かつ複数の前記チップは、前記フィルム・キャリヤの絶縁フィルムの一方の面側に大きなチップが１つ、絶縁フィルムの他方の面側に小さなチップが複数個並んでそれぞれ配置されることを特徴とするプリント基板。
  12. 請求項１１に記載のプリント基板において、露出外面の少なくとも一つが、前記プリント回路の少なくとも一つに接触していることを特徴とするプリント基板。
  13. 請求項１２に記載のプリント基板において、熱放散装置が前記露出面の少なくとも一つの上に設置されていることを特徴とするプリント基板。
  14. 請求項１３に記載のプリント基板において、前記熱放散装置が一つのヒート・スプレッダを備えることを特徴とするプリント基板。
  15. 請求項１３に記載のプリント基板において、前記熱放散装置が一つのヒート・シンクを備えることを特徴とするプリント基板。
  16. 請求項１１に記載のプリント基板において、前記絶縁フィルムが、さらに、前記絶縁材により充填された少なくとも一つの設置用孔部を備えることを特徴とするプリント基板。
  17. 請求項１１に記載のプリント基板において、前記基板が多段プリント基板を備えることを特徴とするプリント基板。
  18. 請求項１１に記載のプリント基板において、フィルム・キャリヤが、さらに、前記絶縁フィルムにより囲まれ、それに接続しているコーナ支持リングを備えることを特徴とするプリント基板。
  19. 請求項１８に記載のプリント基板において、前記コーナ支持リングが前記絶縁フィルムに接続している複数の隅を持つことを特徴とするプリント基板。
  20. 請求項１９に記載のプリント基板において、前記各隅の少なくとも一つが少なくとも一つの設置用孔部を備えることを特徴とするプリント基板。
  21. 請求項１１に記載のプリント基板において、前記回路構成部品が一つのインダクタを備えることを特徴とするプリント基板。
  22. 請求項１１に記載のプリント基板において、前記回路構成部品が一つの抵抗を備えることを特徴とするプリント基板。
  23. 請求項１１に記載のプリント基板において、前記回路構成部品が一つのコンデンサを備えることを特徴とするプリント基板。
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