[发明专利]半导体器件及利用其的电子装置

说明书

本发明涉及半导体器件及利用其的电子装置，特别是涉及超高速工作或者超高集成度的半导体器件及利用其的电子装置。

电子电路和电子装置的进步是惊人的，特别是最近几年，其工作速度和集成化不断地显著提高。一旦电子装置高速化，则能简便廉价的实现各种处理。此外，由于提高了集成度，可能实现复杂的功能。这种倾向对于半导体器件特别显著。这样，由于电子电路、电子装置和半导体器件工作速度的提高和高集成化，促进了电子工业的进步和发展。

半导体元件高集成化，内含电路数增加，由于要和其半导体元件等相连，所以增加必要的管脚数。解决这问题的一种方法，由美国专利5216278的说明书公开，采用BGA封装方法。把半导体元件封装在BGA封装内，制成BGA型半导体器件。

下面结合附图，说明现有的BGA型半导体器件。

图9是BGA型半导体器件使用的BGA基板的上面图。BGA基板1是由有机材料的印刷板和陶瓷印刷基板组成的布线板。BGA基板1的中央部分是装载半导体元件的位置5，在这里设置半导体元件。焊点4是设置在BGA基板1上的用来焊接的焊点。焊点4和半导体元件上的电极通过焊接引线相互电连接。从焊点4布线图形大致放射状地延伸，在布线图形3的端部和通孔2相连接。在BGA基板的中央部分、布线图形3的密度高，为了避免高密度，在BGA基板1的外围设置通孔2。

图10是BGA基板1的背面图。通孔2连接正反面的布线。在BGA基板1的背面，来自通孔2的布线6延伸，和焊点7相连。焊点7按二维排列。即，如图10所示的例子，三排焊点沿四周排列、不是排成1排，而是保持等宽的二维排列。

图11是把半导体元件8放置在BGA基板1上时，BGA基板1的主要部分剖视图。半导体元件8上的电极和BGA基板上的焊点4通过焊接引线9相互连接。从焊点4来的布线，经过布线图形3到通孔2。再到布线图形6，最后到焊点7。在焊点7与焊球10等连接。图中虽没有表示，但该BGA型半导体器件通过该焊球10等安装连接在印刷电路板等上，使与其他半导体等电连接。

上述BGA半导体器件的特征是，和诸如DIP(双列直插式封装)和QFP(四面封装)等的封装相比，对于相同的外形尺寸，包括的管脚数可能多。这样，如图10所示由于焊点7按二维结构设置，其他封装不具有特征。多亏半导体元件高密度化，增加内部包含的电路数，即使增加管脚数，也能制造外形尺寸不大的半导体器件，为电子工业的进步和发展作出贡献。

但是，由于半导体器件工作速度进一步提高，或者集成度进一步增加，对于现有的BGA型半导体器件，有时不能再适应。

对于使用半导体器件的重要事项是电源的噪声。一旦半导体器件工作则消耗电功率，但是消耗的电流因内部电路的工作而变动，所以按照电源系统布线具有的阻抗，产生电源噪声。如果电源噪声为ΔV，电源系统阻抗为Z，消耗电流变化为ΔI，则三者的关系由ΔV＝Z×ΔI式来表示。

在半导体器件的情况，电源系统的阻抗由半导体器件内的布线电感L产生，如果半导体器件的工作频率为f，则该电源系统的阻抗Z由公式Z＝2πf L确定。

在放置半导体器件的印刷电路板等中，通过分流电容器和平面状的电源和接地布线等，由于电源系统的阻抗被控制得低，所以电源系统整体阻抗的主要成分往往是半导体器件内布线的电感L。

因此，电源噪声ΔV，用公式ΔV＝2πf L×ΔI表示，由工作频率f，半导体器件内布线电感L，消耗电流变动成分ΔI决定。

如果该电源噪声过大，则半导体器件误动作。这是由于，电源电压超出半导体器件中电路的正常工作范围，电源噪声重叠在信号线上，使其电路产生误动作的缘故。这样，如果电源噪声不能抑制在规定值以内，则使半导体器件误动作，使其不能使用。

如果半导体器件的工作频率提高，按照以前表示式ΔV＝2πf L×ΔI，则电源噪声增大，半导体器件产生误动作，有时不能使用半导体器件。

并且，半导体器件高集成化，内含电路数增加，结果消耗电流增大，消耗电流变化ΔI增大，所以按照以前表达式ΔV＝2πf L×ΔI，电源噪声增大，半导体器件发生误动作，有时不能使用半导体器件。

还有，半导体器件工作频率f提高，特别是CMOS型半导体器件，消耗电流与频率成比例的增大结果消耗电流变动ΔI增大，按照前述表达式ΔV＝2πf L×ΔI，则电源噪声增大，半导体器件产生误动作，有时不能使用半导体器件。

用图9到图11所示的现有技术中的实施例来说明这些情况。