在基底（103）上的具有键合焊盘（110）的半导体芯片（101），该基底具有多行多列规则间距的金属接触焊盘（131）。一个区包括第一对（131a，131b）和平行的第二对（131c，131d）金属焊盘，以及用于地电位的单个接触焊盘（131e）；通过平行且等长的迹线（131a，132b等）连接到相应的各对相邻接触焊盘的交错的多对缝合焊盘（133）。平行且等长的键合引线（120a，120b等）将键合焊盘对连接到缝合焊盘对，从而形成多对平行且等长的差分导线。处于平行且对称位置的两个差分对形成用于传导高频信号的发射器/接收器单元。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于具有单金属层基底的半导体封装中的高速信号完整性的结构
本专利技术总体涉及半导体器件和工艺，更具体涉及用于具有单金属层基底和引线键合的半导体封装中的高速信号完整性的结构的配置和制造方法。
技术介绍
半导体器件通常包括包封该器件的封装内的集成电路（IC）芯片以及与该芯片集成的基底。为了使现代半导体器件按照预期工作，要求传播通过器件的任何一对差分信号在信号波的相对幅值和相对相位角方面在预定限度内匹配。对于关于差分信号的集成电路（IC）芯片的设计，基本模块（buildingblock）可以采用通过相互交错（interdigitate）部件的关键版图而已经被匹配的电路部件，例如晶体管和电阻器。对于将信号从IC芯片引导到例如印制电路板（PCB）的基底或载体的设计，设计者通常面对类似的要求－通常存在将成对的差分信号的路径失配保持在限度内的约束。作为示例，对于在聚合物基底（如本领域中常见的）中传播的10GHz信号，波长仅仅是大约1.5厘米。对于差分信号对，信号路径总长度中仅0.75毫米的失配就会在相位角中产生5%的误差。该失配不仅涉及信号路径的长度（其包括基底上的金属迹线的长度和将IC芯片连接到基底的键合引线的长度），而且还涉及迹线和键合引线的接近度和平行度；平行度和接近度通常具有10%的失配预算。对失配做出贡献的这些参数的总和通常被称为失配预算。封装系统的失配预算包括金属迹线的长度、厚度和宽度的失配、迹线与键合引线的接近度和平行度的失配以及沿着信号路径的穿通孔与过孔的直径和电镀金属厚度的失配的总和。在如今的技术中，对这些约束的解决方案是使用具有多个金属层的基底。多个金属层为将差分信号对从IC芯片的键合焊盘借助引线路由到由基底的顶层金属形成的缝合焊盘提供了灵活性；这个顶部金属层也形成了迹线，这些迹线将信号引导到金属填充的过孔内孔（viahole），这继而引导到顶层下方的金属层。之后，可以由下面的金属层形成额外的迹线，这最终可以将信号路由到接触焊盘，作为基底的输出端子。通常，锡球或金属柱被粘附到接触焊盘并且用作至外部电路（例如印制电路板）的连接器。
技术实现思路
对于高频半导体器件，申请人认识到，前沿市场的趋势是不断推进更高频率以及更低成本的持续压力。基于这些趋势，申请人看到，金属多个层之间的金属填充的过孔的存在严重增加了高速信号封装的失配预算的负担。这些原因可以是通孔固有的瑕疵：过孔内孔的额外钻孔、过孔内孔壁的电镀以及关联的制造步骤必然增加了信号路径的尺寸失配的概率；由过孔产生的电气阻抗中的不可避免的中断将添加信号之间的相位角失配；最后但并非不重要的是，具有过孔的多层基底通常是非常昂贵的。为了解决过孔失配问题，申请人选择具有单个金属层的基底，这完全避免了对过孔内孔的需要。金属层被图形化在尺寸是针对焊接凸点设计的接触焊盘阵列中以及用于引线键合的缝合焊盘阵列中。借助焊盘阵列，焊盘区被选择为发射器/接收器单元的基础。申请人进一步认识到，对于发射器/接收器单元的高频操作，差分对需要在该对内紧密耦合，但是差分对需要彼此紧挨着放置。这种放置在实现差分对之间的可接受的小串扰时造成严重困难。申请人通过在两对之间中设置接地迹线和焊线解决了最小化两个紧密间隔的差分线对之间的串扰的问题。对于引线键合的器件，差分对的紧密填充定位要求紧密间隔的缝合焊盘（在基底上的着陆焊盘，以接受来自集成电路芯片的焊线）。为了在发射器/接收器单位单元中给缝合焊盘腾出可用空间，申请人去掉（depopulate）了每个2×3阵列的一个接触焊盘，由此为紧密接近放置的两个差分对的缝合焊盘释放空间，并且使附加的至少一个缝合焊盘可用于被放置在该对之间作为屏蔽的处于电气地电位的引线。在去掉的区域中留下足够空间以便在相应的缝合焊盘和接触焊盘之间以针对长度和平行度所需的匹配方式放置连接迹线。注意的是，以平行且等长的拱形键合将缝合焊盘连接到芯片表面上的相应的键合焊盘的引线。得到的差分导线在长度和平行度方面在狭窄窗口内匹配。此外，差分对通过地迹线或电源迹线屏蔽了噪声。借助发射器/接收器单元的这些布置，可以使进入10GHz范围的高速产品具有极好的信号完整性。附图说明图1根据示例实施例示出用于传导高频信号的发射器/接收器单元的透视图。图2是具有焊接凸点的单个接触焊盘的剖面图，该焊接凸点被附连用于接触外部电路板。图3示出在一个说明性布置中的包括接触焊盘和缝合焊盘的基底区的顶视图。图4是基底区的缝合焊盘的顶视图，这些焊盘包括将缝合焊盘连接到芯片键合焊盘的键合引线。图5是四路双工高速差分收发器的实施例的顶视图。具体实施方式图1根据本专利技术的实施例示出用于在半导体封装中以完整性传导高频信号的发射器/接收器单元，其总体被标为100。半导体芯片101通过粘合附连层102（层厚度大约20μm）被附连到基底103。在图1的示例中，芯片可以具有大约280μm的厚度；在其他实施例中，该厚度可以更大或更小。位于边缘附近，芯片101具有适合粘附金属焊线的多个金属键合焊盘110。在图1的示例中，多个引线120中的单个引线可以具有大约20μm到30μm之间的直径，这生成大约30μm到50μm的无空气球以及大约30μm到60μm的扁平球。虽然图1中的键合焊盘110被描绘为以大约60μm的中心距阵列布置在线性且整齐的行中，但是其他实施例可以具有交错的键合焊盘阵列、更大或更小的间距、不同区域的键合焊盘以及除正方形之外的轮廓，或任何其他布置。在图1中，键合体（其可以是球形键合体、针脚（stitch）键合体或楔形键合体）被示为球形键合体，其中在球体上方具有大约100μm高度的线颈。在图1的示例中，引线的长度121大约是1000μm。应该强调的是，图1中所示的所有引线120的长度在＜5%变化窗口内一致。在其他实施例中，引线长度可以更大或更小，但是引线在＜5%变化窗口内具有相同的长度。如图1所示，基底103包括由绝缘材料制成的载体130和面向芯片101的图形化金属层。可以由多种低成本材料提供绝缘载体材料；作为示例，绝缘材料可以是50μm厚的聚酰亚胺胶带，或更厚的玻璃纤维增强塑料板。作为示例，金属层可以是铜；优选厚度可以在大约10μm到50μm的范围内。在图5中大致示出了示例实施例的金属层的图形，并且在图1中更详细地进行显示。该图形包括：多行多列规则间距的焊盘阵列131，焊盘的尺寸适合被选择用于附连金属凸点（例如焊接球）的接触焊盘；进一步地，多行多列交错的焊盘阵列133，焊盘的尺寸适合金属连接器（例如键合引线）的缝合焊盘（stitchpad）；以及总体被分别标为132和135的迹线网络。每个接触焊盘131可以被成形为圆形或正方形，或具有圆角的正方形；示例接触焊盘131的直径可以是375μm。在接触焊盘131的位置中，绝缘载体示出直径小于接触焊盘直径的过孔内孔134。图2示出通过填充绝缘载体130中的过孔内孔134将焊接凸点201附连到接触焊盘131的示例。接触焊盘金属必须重叠用于焊接凸点的冲孔。接触焊盘的轮廓可以是圆形、正方形、具有圆角的正方形、六边形或任何其他合适的形状。在接触焊盘131具有375μm的宽度的优选示例中，可以通过穿过基底134打一个直径大约为300μm的孔来制造过孔内孔134。焊接凸点2本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种半导体器件，其包括：在芯片边缘附近具有键合焊盘的半导体芯片，所述芯片被组装在基底上；具有面向所述芯片的金属层的所述基底，该层被图形化在包括尺寸被设计为接触焊盘的多行多列规则间距的焊盘的阵列中；在所述阵列内的区，该区包括第一对接触焊盘和平行的第二对接触焊盘，并且在所述第一对和所述第二对之间的空间中包括用于地电位的单个接触焊盘和尺寸被设计为缝合焊盘的交错的多对焊盘，每个缝合焊盘对通过平行且等长的迹线连接到相应的相邻接触焊盘对；键合引线，其跨越平行且等长的拱形，用于将一对键合焊盘连接到相应的一对缝合焊盘，由此形成从键合焊盘到接触焊盘的一对平行且等长的差分导线；以及处于平行且对称位置的两对差分导线，这两个差分对形成发射器/接收器单元。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.07.14 US 61/507,870;2011.11.29 US 13/306,4861.一种用于高速电信号的半导体器件，其包括：在芯片边缘附近具有键合焊盘的半导体芯片，所述芯片被组装在基底上；所述基底具有面向所述芯片的金属层，所述金属层被图形化成包括尺寸被设计为接触焊盘的多行多列规则间距的焊盘的阵列；在所述阵列内的区，所述区包括第一对接触焊盘和第二对接触焊盘，所述第一对接触焊盘平行于所述第二对接触焊盘，并且在所述第一对接触焊盘和所述第二对接触焊盘之间的空间中包括用于地电位的单个接触焊盘，所述区还包括尺寸被设计为缝合焊盘的交错的多对焊盘，每个缝合焊盘对通过平行且等长的迹线连接到相应的相邻接触焊盘对；键合引线，其跨越平行且等长的拱形，用于将一对键合焊盘连接到相应的一对缝合焊盘，由此形成从键合焊盘到接触焊盘的一对平行且等长的差分导线；以及处于平行且对称位置的两对差分导线，这两个差分对形成发射器/接收器单元，用于以完整性传导高频信号。2.根据权利要求1所述的器件，进一步包括附连到远离所述芯片的接触焊盘表面的焊接凸点。3.根据权利要求2所述的器件，其中形成差分对中的一个导线的导体的总和与形成该对中的另一个导线的导体的总和在5％内一致。4.根据权利要求3所述的器件，其中形成差分对的两个导线的键合引线在它们的整个长度上彼此间隔开100μm内。5.根据权利要求4所述的器件，其中形成差分对的两个导线的键合引线相对于彼此在5°平行度内。6.根据权利要求5所述的器件，其中两个差分对之...
【专利技术属性】
技术研发人员：G·E·霍华德，M·D·罗米格，MS·A·米勒罗恩，S·慕克吉，
申请(专利权)人：德克萨斯仪器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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