[發明專利]用于具有單金屬層基底的半導體封裝中的高速信號完整性的結構

有效

• 申請號: 201280044982.3
• 申請日: 2012-07-16
• 公開（公告）號: CN103814442A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發明（設計）人: G·E·霍華德;M·D·羅米格;M-S·A·米勒羅恩;S·慕克吉
• 申請（專利權）人: 德克薩斯儀器股份有限公司
• 主分類號: H01L23/48
• 分類號: H01L23/48;H01L23/538
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 趙蓉民

技術領域

本發明總體涉及半導體器件和工藝，更具體涉及用于具有單金屬層基底和引線鍵合的半導體封裝中的高速信號完整性的結構的配置和制造方法。

背景技術

半導體器件通常包括包封該器件的封裝內的集成電路（IC）芯片以及與該芯片集成的基底。為了使現代半導體器件按照預期工作，要求傳播通過器件的任何一對差分信號在信號波的相對幅值和相對相位角方面在預定限度內匹配。

對于關于差分信號的集成電路（IC）芯片的設計，基本模塊（building?block）可以采用通過相互交錯（interdigitate）部件的關鍵版圖而已經被匹配的電路部件，例如晶體管和電阻器。

對于將信號從IC芯片引導到例如印制電路板（PCB）的基底或載體的設計，設計者通常面對類似的要求－通常存在將成對的差分信號的路徑失配保持在限度內的約束。作為示例，對于在聚合物基底（如本領域中常見的）中傳播的10GHz信號，波長僅僅是大約1.5厘米。對于差分信號對，信號路徑總長度中僅0.75毫米的失配就會在相位角中產生5%的誤差。該失配不僅涉及信號路徑的長度（其包括基底上的金屬跡線的長度和將IC芯片連接到基底的鍵合引線的長度），而且還涉及跡線和鍵合引線的接近度和平行度；平行度和接近度通常具有10%的失配預算。對失配做出貢獻的這些參數的總和通常被稱為失配預算。

封裝系統的失配預算包括金屬跡線的長度、厚度和寬度的失配、跡線與鍵合引線的接近度和平行度的失配以及沿著信號路徑的穿通孔與過孔的直徑和電鍍金屬厚度的失配的總和。

在如今的技術中，對這些約束的解決方案是使用具有多個金屬層的基底。多個金屬層為將差分信號對從IC芯片的鍵合焊盤借助引線路由到由基底的頂層金屬形成的縫合焊盤提供了靈活性；這個頂部金屬層也形成了跡線，這些跡線將信號引導到金屬填充的過孔內孔（via?hole），這繼而引導到頂層下方的金屬層。之后，可以由下面的金屬層形成額外的跡線，這最終可以將信號路由到接觸焊盤，作為基底的輸出端子。通常，錫球或金屬柱被粘附到接觸焊盤并且用作至外部電路（例如印制電路板）的連接器。

發明內容

對于高頻半導體器件，申請人認識到，前沿市場的趨勢是不斷推進更高頻率以及更低成本的持續壓力。基于這些趨勢，申請人看到，金屬多個層之間的金屬填充的過孔的存在嚴重增加了高速信號封裝的失配預算的負擔。這些原因可以是通孔固有的瑕疵：過孔內孔的額外鉆孔、過孔內孔壁的電鍍以及關聯的制造步驟必然增加了信號路徑的尺寸失配的概率；由過孔產生的電氣阻抗中的不可避免的中斷將添加信號之間的相位角失配；最后但并非不重要的是，具有過孔的多層基底通常是非常昂貴的。

為了解決過孔失配問題，申請人選擇具有單個金屬層的基底，這完全避免了對過孔內孔的需要。金屬層被圖形化在尺寸是針對焊接凸點設計的接觸焊盤陣列中以及用于引線鍵合的縫合焊盤陣列中。借助焊盤陣列，焊盤區被選擇為發射器/接收器單元的基礎。

申請人進一步認識到，對于發射器/接收器單元的高頻操作，差分對需要在該對內緊密耦合，但是差分對需要彼此緊挨著放置。這種放置在實現差分對之間的可接受的小串擾時造成嚴重困難。申請人通過在兩對之間中設置接地跡線和焊線解決了最小化兩個緊密間隔的差分線對之間的串擾的問題。

對于引線鍵合的器件，差分對的緊密填充定位要求緊密間隔的縫合焊盤（在基底上的著陸焊盤，以接受來自集成電路芯片的焊線）。為了在發射器/接收器單位單元中給縫合焊盤騰出可用空間，申請人去掉（depopulate）了每個2×3陣列的一個接觸焊盤，由此為緊密接近放置的兩個差分對的縫合焊盤釋放空間，并且使附加的至少一個縫合焊盤可用于被放置在該對之間作為屏蔽的處于電氣地電位的引線。在去掉的區域中留下足夠空間以便在相應的縫合焊盤和接觸焊盤之間以針對長度和平行度所需的匹配方式放置連接跡線。注意的是，以平行且等長的拱形鍵合將縫合焊盤連接到芯片表面上的相應的鍵合焊盤的引線。得到的差分導線在長度和平行度方面在狹窄窗口內匹配。

此外，差分對通過地跡線或電源跡線屏蔽了噪聲。借助發射器/接收器單元的這些布置，可以使進入10GHz范圍的高速產品具有極好的信號完整性。

附圖說明

圖1根據示例實施例示出用于傳導高頻信號的發射器/接收器單元的透視圖。

圖2是具有焊接凸點的單個接觸焊盤的剖面圖，該焊接凸點被附連用于接觸外部電路板。

圖3示出在一個說明性布置中的包括接觸焊盤和縫合焊盤的基底區的頂視圖。