JP2000232198A - 半導体集積回路装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体集積回路装置およびその製造方法

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JP2000232198A
JP2000232198A JP11031405A JP3140599A JP2000232198A JP 2000232198 A JP2000232198 A JP 2000232198A JP 11031405 A JP11031405 A JP 11031405A JP 3140599 A JP3140599 A JP 3140599A JP 2000232198 A JP2000232198 A JP 2000232198A
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semiconductor
chip
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Kazuhiko Suzuki
和彦 鈴木
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    • H01L2224/15Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
    • H01L2224/16Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
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    • H01L2924/153Connection portion
    • H01L2924/1531Connection portion the connection portion being formed only on the surface of the substrate opposite to the die mounting surface
    • H01L2924/15311Connection portion the connection portion being formed only on the surface of the substrate opposite to the die mounting surface being a ball array, e.g. BGA

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体チップの端子部と基板の回路パターン
との接続距離を短くするとともに、半導体チップから生
ずる熱を効率よく外部に放散する。 【解決手段】 半導体集積回路装置10は、基板12の
下面26に第1の半導体チップ16が開口14を覆って
フェースダウンボンディングによって搭載してある。第
1の半導体集積回路装置16の周囲には、複数の半田ボ
ール20がマトリックス状に設けてある。基板12の上
面27には、開口14を覆って第2の半導体チップ2が
フェースダウンボンディングにより搭載してある。開口
14および各半導体チップ16、22と基板12との間
には、高い熱伝導性を有する封止樹脂28が充填してあ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路装
置に係り、特にBGA(Ball Grid Arra
y)やCSP(Chip Size Package)
などのエリアアレイ型パッケージに好適な半導体集積回
路装置およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、電子機器の小型化、高性能化に伴
って、半導体パッケージ(半導体集積回路装置)の小型
化、多端子化が著しく、外部端子となるボール状の半田
を基板の面にマトリックス状に配置したBGA型の半導
体集積回路装置が広く用いられるようになっている。ま
た、近年、電子機器の一層の高機能化に伴って、1つの
基板に2つの半導体集積回路(半導体チップ)を搭載す
ることが要請されてきている。
【0003】しかし、2つの半導体チップを並べて配置
したのでは、小型化の要請を満足させることができな
い。このため、2つの半導体チップを基板の上に重ねて
配置し、2つの半導体チップの端子部を基板の一側面に
設けた回路パターンに接続することが提案されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが、2つの半導
体チップを基板の一側面に重ねて配置した場合、上側の
半導体チップの端子部を基板に形成した回路パターンに
ワイヤボンディングをすると、配線距離が長くなってワ
イヤのインダクタンスやキャパシタンスが増大するばか
りでなく、高速な信号伝達の障害となることが懸念され
る。また、例えば液晶表示装置用の液晶駆動回路のよう
な発熱量の大きな半導体チップを搭載した場合、半導体
チップから生ずる熱を効率よく外部に放散させることが
要請される。
【0005】本発明は、前記従来技術の欠点を解消する
ためになされたもので、半導体チップの端子部と基板の
回路パターンとの接続距離を短くするとともに、半導体
チップから生ずる熱を効率よく外部に放散することがで
きるようにすることを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1の発明に係る半導体集積回路装置は、チッ
プ搭載領域に開口が設けてあるとともに、両側面に回路
パターンが形成してある基板と、前記開口を覆って前記
基板の一側面に搭載され、端子部を一側面の前記回路パ
ターンに電気的に接続した第1の半導体チップと、この
第1の半導体チップの対向位置に配置され、端子部を前
記基板の他側面の前記回路パターンに電気的に接続した
第2の半導体チップと、を有することを特徴とする。
【0007】このように構成した本発明は、基板の一側
に第1の半導体チップが配置され、基板の他側に第2の
半導体チップが配置されるとともに、第1の半導体チッ
プの端子部が基板の一側に形成した回路パターンに接続
され、第2の半導体チップの端子部が基板他側の回路パ
ターンに接続されているために、接続距離を短くするこ
とができてインダクタンスやキャパシタンスの影響を小
さくすることができ、信号の高速伝達が可能となる。し
かも、一方の半導体チップ(例えば、第1の半導体チッ
プ)が液晶駆動回路のように発熱量が大きい場合、この
半導体チップから生じた熱の一部が開口を介して他方の
半導体チップに伝導され、他方の半導体チップが放熱部
材として役割をなすために放熱効果を高めることがで
き、効率よく熱を外部に放散することができる。
【0008】請求項2の発明は、請求項1に記載の発明
において、前記第1の半導体チップは、フリップチップ
であることを特徴とする。フリップチップ型の半導体チ
ップは、フェースダウンボンディングによって端子部
(パッド)を直接基板の回路パターンに接合する構造で
あるため、ワイヤを使用することによるインダクタンス
やキャパシタンスの発生をなくすことができ、またより
速い信号の伝達が可能となる。しかも、第1の半導体チ
ップを基板の端子(半田ボール)が形成してある面の側
に配置したとしても、ワイヤによる接続でないために半
導体チップ部の高さを端子の高さより容易に低くするこ
とができ、マザーボードなどへの実装を容易、確実に行
なうことができる。
【0009】請求項3の発明は、請求項1または2の発
明において 前記第2の半導体チップは、前記基板の他
側面において開口を覆って搭載されたフリップチップで
あることを特徴とする。このように第2の半導体チップ
もフリップチップとすることにより、よりインダクタン
スやキャパシタンスの影響をなくすことができる。
【0010】請求項4の発明は、請求項1または2の発
明において、前記第2の半導体チップは、寸法が前記開
口より小さいことを特徴とする。この発明によれば、第
2の半導体チップを開口内に配置することができ、より
厚みのある半導体チップを使用できて半導体チップの使
用の自由度が増すばかりでなく、全体の厚さを薄くする
ことが可能となる。この場合、第2の半導体チップは、
絶縁材を介して前記第1の半導体チップに固着すると、
第1の半導体チップを第2の半導体チップのダイパッド
代わりに使用することができ、第2の半導体チップのワ
イヤボンディングを安定して行なうことができる。
【0011】請求項6の発明は、請求項2ないし5のい
ずれかの発明において、前記第1の半導体チップは、非
能動面が露出していることを特徴とする。このように構
成することにより、第1の半導体チップから生ずる熱を
効率よく大気中に放散することができる。
【0012】そして、請求項7に係る半導体集積回路装
置の製造方法は、チップ搭載領域に形成した開口を覆っ
て基板の一側面に第1の半導体チップを配置してフェー
スダウンボンディングし、前記基板の一側面に設けた回
路パターンと前記第1の半導体チップの端子部とを電気
的に接続する工程と、前記開口を覆って前記基板の他側
面に第2の半導体チップを配置してフェースダウンボン
ディングし、前記基板の他側面に形成した回路パターン
と前記第2の半導体チップの端子部とを電気的に接続す
る工程と、前記第1の半導体チップと前記第2の半導体
チップとを前記基板に搭載する工程を任意の順序で行な
ったのち、前記開口内に樹脂を充填する工程と、を有す
ることを特徴とする。これにより、基板の両側の面にフ
リップチップを搭載した半導体集積回路装置を得ること
ができる。
【0013】また、請求項8に係る半導体集積回路装置
の製造方法は、チップ搭載領域に形成した開口を覆って
基板の一側面に第1の半導体チップを配置してフェース
ダインボンディングし、前記基板の一側面に設けた回路
パターンと前記第1の半導体チップの端子部とを電気的
に接続する工程と、前記開口内に第2の半導体チップを
配置するとともに、絶縁材を介して第2の半導体チップ
を前記第1の半導体チップに固着する工程と、ワイヤを
介して前記第2の半導体チップの端子部を前記基板の他
面側に形成した回路パターンに電気的に接続する工程
と、前記第2の半導体チップと前記ワイヤとを覆って樹
脂を塗布して封止する工程と、を有することを特徴とす
る。これにより、ワイヤボンディング型の第2の半導体
チップを開口内に配置した半導体集積回路装置を得るこ
とができる。
【0014】
【発明の実施の形態】本発明に係る半導体集積回路装置
およびその製造方法の好ましい実施の形態を、添付図面
に従って詳細に説明する。
【0015】図1は、本発明の第1実施の形態に係る半
導体集積回路装置の断面図である。図1において、半導
体集積回路装置10は、セラミックまたはエポキシ樹脂
とガラス繊維とを積層したものやフィルム状のポリイミ
ド樹脂などの絶縁材料からなる基板12を有しており、
基板12のチップ搭載領域となる中央部に開口14が形
成してある。そして、基板12の一側面となる図1の下
面26と、他側面となる上面27とのそれぞれには、銅
箔などによって形成した図示しない回路パターンが設け
てある。
【0016】基板12の下面26には、開口14を覆っ
て第1の半導体チップ(半導体集積回路)16が配設し
てある。第1の半導体チップ16は、フリップチップ型
の例えば液晶駆動回路などの比較的発熱量の大きな半導
体集積回路からなっており、半導体チップ16のパッド
(電極部)18がフェースダウンボンディングによって
基板12の下面26に設けた回路パターンに電気的に接
続してある。また、基板12の下面26には、外部電極
となる複数の半田ボール20が第1の半導体チップ16
の周囲にマトリックス状に設けてある。そして、基板1
2に搭載した第1の半導体チップ16の高さhは、半田
ボール20の高さHより所定の値(この実施の形態にお
いては0.15mm)だけ低くなるようにしてある。
【0017】これは、半導体集積回路装置10をリフロ
ー炉などを用いてマザーボード(図示せず)などに実装
した場合、半田ボール20の高さが実装後に0.1mm
程度低くなることによる。したがって、直径が0.3m
mの半田ボール20を使用した場合、フェースダウンボ
ンディング後の第1の半導体チップ16の高さは、最大
で0.15mmとなるように設定してあり、直径が0.
5mmの半田ボール20を使用した場合、第1の半導体
チップ16の高さが0.35mm以下となるように設定
してある。
【0018】基板12の上面27には、第1の半導体チ
ップ16の対向位置となる開口14を覆った位置に第2
の半導体チップ22が搭載してある。この第2の半導体
チップ22は、第1の半導体チップ16より寸法が小さ
くなっていて、発熱量の小さな例えばメモリ回路であっ
て、フェースダウンボンディングによりバンプ24が基
板12の上面27に形成した回路パターンに接続してあ
る。そして、開口14内および第1の半導体チップ16
と第2の半導体チップ22とのバンプ18、24が封止
樹脂28によって覆われている。この封止樹脂28は、
熱伝導性に優れ、かつ絶縁性の樹脂から構成してある。
ただし、非能動面となる第1の半導体チップ16の下面
と第2の半導体チップ22の上面とは、樹脂に覆われて
おらず、露出した状態となっていて、大気中に効率よく
熱を放散できるようにしてある。
【0019】このように形成した第1実施の形態に係る
半導体集積回路装置10は、第1の半導体チップ16を
基板12の下面26に搭載してバンプ18を基板下面2
6の回路パターンに接続するとともに、第2の半導体チ
ップ22を基板12の上面27に搭載してバンプ24を
基板上面27の回路パターンに接続したことにより、長
いワイヤによる接続を必要とせず、インダクタンスやキ
ャパシタンスの増大を防ぐことができ、信号の高速処理
が可能となる。しかも、半導体チップ16、22は、フ
リップチップであって接続用のワイヤを必要としないた
めに、上記の効果をより高めることができる。
【0020】また、第1の半導体チップ16が液晶駆動
回路のように発熱量が大きなものであったとしても、非
能動面が露出しているために放熱が良好に行われ、第1
の半導体チップ16の高速動作を可能にする。さらに、
開口14に充填された封止樹脂28は、高熱伝導性の樹
脂であるため、第1の半導体チップ16からの熱が封止
樹脂28を介して発熱量の小さな第2の半導体チップ2
2に伝導し、第2の半導体チップ22が放熱部材の役割
をなすことにより、一層放熱効果を高めることができ
る。
【0021】なお、前記実施の形態においては、第1の
半導体チップ16と第2の半導体チップ22との大きさ
が異なっている場合について説明したが、第1の半導体
チップ16と第2の半導体チップ22とは同じ大きさで
あってよい。
【0022】図2は、第2実施形態に係る半導体集積回
路装置の断面図である。この第2実施形態の半導体集積
回路装置30は、寸法の大きな第1の半導体チップ16
が基板12の半田ボール20を設けていない側の面(上
面27)に搭載され、寸法の小さな第2の半導体チップ
22が基板12の半田ボール20を設けた面に搭載して
ある。他は、図1に示した第1実施の形態と同様であっ
て、フェースダウンボンディング後における第2の半導
体チップ22の高さが半田ボール20の高さより所定値
だけ低くなるように設定してあることも同様である。こ
の第2実施形態に係る半導体集積回路装置30も第1実
施形態と同様の効果を得ることができる。
【0023】図3は、第1実施形態に係る半導体集積回
路装置10の製造方法の要部を示す工程図である。ま
ず、図3のステップ35に示したように、開口14を形
成した基板12の半田ボール20を設ける側の面に開口
14を覆って第1の半導体チップ16を配置し、フェー
スダウンボンディングによって第1の半導体チップ16
を基板12に搭載する。次に、第1の半導体チップ16
を搭載したときと同様にして、基板12の反対側の面に
開口14を覆って第2の半導体チップ22をフェースダ
ウンボンディングにより搭載する(ステップ36)。
【0024】その後、ステップ37に示したように、開
口14および基板12と各半導体チップ16、22との
間に封止樹脂28を充填して樹脂封止をする。この際、
最初に第1の半導体チップ16(または第2の半導体チ
ップ22)の周囲から封止樹脂28を少量注入し、これ
を硬化または仮硬化させて半導体チップ16(または半
導体チップ22)と基板12との間の間隙を塞いだの
ち、反対側の半導体チップ22(または半導体チップ1
6)側から開口14内および半導体チップ22(または
半導体チップ16)と基板12との間に封止樹脂28を
充填するようにすると、封止樹脂28が半導体チップ1
6(または半導体チップ22)の周囲に必要以上に流れ
出るのを防ぐことができる。
【0025】さらに、ステップ38に示したように、第
2の半導体チップ22の上面に製品名やロゴなどを印刷
し、さたに第1の半導体チップ16の周囲に半田ボール
20を搭載して半導体集積回路装置10を完成させる
(ステップ39)。第2実施形態に係る半導体集積回路
装置30も同様にして製造することができる。
【0026】なお、基板12に半田ボール20を設けず
に端子部がバンプの状態で出荷する場合は、ステップ3
9の工程を省略することができる。また、前記実施形態
においては、第1の半導体チップ16を搭載したのちに
第2の半導体チップ22を搭載する場合について説明し
たが、第2の半導体チップ22を先に搭載してもよい。
さらに、第1の半導体チップ16(1つ目の半導体チッ
プ)を搭載したのち、第1の半導体チップ16と基板1
2との間が塞がるように封止樹脂28を薄く塗布してこ
れを硬化または仮硬化させ、その後、第2の半導体チッ
プ22(2つ目の半導体チップ)を基板12に搭載する
ようにしてもよい。
【0027】図4は、第3実施形態に係る半導体集積回
路装置の断面図である。図4において、半導体集積回路
装置40は、半田ボール20を設けた基板12の下面2
6に、第1の半導体チップ16が開口14を覆ってフェ
ースダウンボンディングにより搭載してある。そして、
第1の半導体チップ16の能動面である図4の上面に
は、開口14に挿入された第2の半導体チップ44が絶
縁材となる樹脂膜42を介して固着してある。樹脂膜4
2は、第1の半導体チップ16と基板12との間隙を埋
めるように形成され、開口14内における上面が基板1
2の下面26の位置とほぼ等しくなっている。
【0028】第2の半導体チップ44は、ワイヤボンデ
ィング型のチップであって、能動面を上にして第1の半
導体チップ16に固着してある。また、第2の半導体チ
ップ44は、能動面に形成された図示しない端子部が金
などからなる金属細線(ワイヤ)46を介して基板12
の上面27に設けた回路パターンに接続してある。そし
て、第2の半導体チップ44の上面と金属細線46は、
封止樹脂48によって覆ってある。なお、封止樹脂48
は、樹脂膜42を形成している樹脂と同じ樹脂であって
よい。
【0029】このように形成した第3実施の形態に係る
半導体集積回路装置40は、第1の半導体チップ16が
基板12の下面にフェースダウンボンディングによって
搭載され、第2の半導体チップ44の能動面が基板12
の上面27側となっていて、端子部がワイヤ46により
基板12の上面27側の回路パターンに接続してあるた
め、ワイヤ46による接続距離を短くすることができ、
ワイヤ46によるインダクタンス、キャパシタンスの影
響を小さくすることができる。しかも、第2の半導体チ
ップ44は、開口14に挿入されているため、基板12
に対する相対的な高さが低くなり、ワイヤ46の長さが
より短くできるとともに、使用できるチップの自由度が
増したり、半導体集積回路装置40を薄くすることがで
きる。なお、樹脂膜42および封止樹脂48は、高熱伝
導性のものを使用することが望ましい。
【0030】図5は、第4の実施形態に係る半導体集積
回路装置の断面図である。この実施形態の半導体集積回
路装置50は、第1の半導体チップ16が基板12の上
面27にフェースボンディングによって搭載してある。
そして、第2の半導体チップ44は、基板12の下側か
ら開口14内に挿入され、第1の半導体チップ16の下
面(能動面)に樹脂膜42を介して固着してあって、端
子部が基板12の下面26に形成した回路パターンにワ
イヤボンディングしてある。他は、図4の第3実施形態
と同様である。この第4実施の形態に係る半導体集積回
路装置50においても第3実施形態と同様の効果を得る
ことができる。
【0031】図6は、第3実施形態の半導体集積回路装
置40を製造する方法の要部の工程図である。まず、図
6のステップ60に示したように、基板12の半田ボー
ル20を形成する側の面に、フェースダウンボンディン
グにより開口14を覆って第1の半導体チップ16を搭
載する。次に、基板12の開口14を介して第1の半導
体チップ16の能動面に樹脂を滴下し、これを硬化させ
て樹脂膜42を形成する(ステップ61)。
【0032】その後、接着剤を用いて第2の半導体チッ
プ44の非能動面を開口14内の樹脂膜42に固着す
る、いわゆるダイアタッチを行なう(ステップ62)。
次に、ボンディングツールを用いて第2の半導体チップ
44の端子部と基板12の上面27の回路パターンとを
ワイヤボンディングし、金属細線46によって電気的に
接続する(ステップ63)。さらに、第2の半導体チッ
プ44および開口14周囲の基板12の上面27に封止
樹脂48を塗布して第2の半導体チップ44を樹脂封止
する(ステップ64)。そして、封止樹脂48を硬化さ
せたならば、ステップ65に示したように、封止樹脂4
8の上面に製品名等を印刷し、さらに第1の半導体チッ
プ16の周囲に半田ボール20を搭載して半導体集積回
路装置40を完成させる(ステップ66)。第4実施形
態の半導体集積回路装置50も同様にして製造すること
ができる。なお、半田ボール20を搭載しない場合に
は、ステップ66を省略する。
【0033】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、基板の一側に第1の半導体チップが配置され、基板
の他側に第2の半導体チップが配置されるとともに、第
1の半導体チップの端子部が基板の一側に形成した回路
パターンに接続され、第2の半導体チップの端子部が基
板他側の回路パターンに接続されているために、接続距
離を短くすることができてインダクタンスやキャパシタ
ンスの増大を防ぐことができ、信号の高速伝達が可能と
なる。しかも、一方の半導体チップ(例えば、第1の半
導体チップ)が液晶駆動回路のように発熱量が大きい場
合、この半導体チップから生じた熱の一部が開口を介し
て他方の半導体チップに伝導され、他方の半導体チップ
が放熱部材として役割をなすために放熱効果を高めるこ
とができ、効率よく熱を外部に放散することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態に係る半導体集積回路装
置の断面図である。
【図2】本発明の第2実施形態に係る半導体集積回路装
置の断面図である。
【図3】第1実施の形態に係る半導体集積回路装置の製
造方法の要部を示す工程図である。
【図4】本発明の第3実施形態に係る半導体集積回路装
置の断面図である。
【図5】本発明の第4実施形態に係る半導体集積回路装
置の断面図である。
【図6】第3実施の形態に係る半導体集積回路装置の製
造方法の要部を示す工程図である。
【符号の説明】
10、30 半導体集積回路装置 12 基板 14 開口 16 第1の半導体チップ 18、24 端子部(パッド) 20 半田ボール 22、44 第2の半導体チップ 28、48 封止樹脂 40、50 半導体集積回路装置 42 絶縁材(樹脂膜) 46 ワイヤ(金属細線)

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 チップ搭載領域に開口が設けてあるとと
    もに、両側面に回路パターンが形成してある基板と、 前記開口を覆って前記基板の一側面に搭載され、端子部
    を一側面の前記回路パターンに電気的に接続した第1の
    半導体チップと、 この第1の半導体チップの対向位置に配置され、端子部
    を前記基板の他側面の前記回路パターンに電気的に接続
    した第2の半導体チップと、 を有することを特徴とする半導体集積回路装置。
  2. 【請求項2】 前記第1の半導体チップは、フリップチ
    ップであることを特徴とする請求項1に記載の半導体集
    積回路装置。
  3. 【請求項3】 前記第2の半導体チップは、前記基板の
    他側面において開口を覆って搭載されたフリップチップ
    であることを特徴とする請求項1または2に記載の半導
    体集積回路装置。
  4. 【請求項4】 前記第2の半導体チップは、寸法が前記
    開口より小さいことを特徴とする請求項1または2に記
    載の半導体集積回路装置。
  5. 【請求項5】 前記第2の半導体チップは、絶縁材を介
    して前記第1の半導体チップに固着してあることを特徴
    とする請求項4に記載の半導体集積回路装置。
  6. 【請求項6】 前記第1の半導体チップは、非能動面が
    露出していることを特徴とする請求項2ないし5のいず
    れかに記載の半導体集積回路装置。
  7. 【請求項7】 チップ搭載領域に形成した開口を覆って
    基板の一側面に第1の半導体チップを配置してフェース
    ダインボンディングし、前記基板の一側面に設けた回路
    パターンと前記第1の半導体チップの端子部とを電気的
    に接続する工程と、 前記開口を覆って前記基板の他側面に第2の半導体チッ
    プを配置してフェースダウンボンディングし、前記基板
    の他側面に形成した回路パターンと前記第2の半導体チ
    ップの端子部とを電気的に接続する工程と、 前記第1の半導体チップと前記第2の半導体チップとを
    前記基板に搭載する工程を任意の順序で行なったのち、
    前記開口内に樹脂を充填する工程と、 を有することを特徴とする半導体集積回路装置の製造方
    法。
  8. 【請求項8】 チップ搭載領域に形成した開口を覆って
    基板の一側面に第1の半導体チップを配置してフェース
    ダインボンディングし、前記基板の一側面に設けた回路
    パターンと前記第1の半導体チップの端子部とを電気的
    に接続する工程と、 前記開口内に第2の半導体チップを配置するとともに、
    絶縁材を介して第2の半導体チップを前記第1の半導体
    チップに固着する工程と、 ワイヤを介して前記第2の半導体チップの端子部を前記
    基板の他面側に形成した回路パターンに電気的に接続す
    る工程と、 前記第2の半導体チップと前記ワイヤとを覆って樹脂を
    塗布して封止する工程と、 を有することを特徴とする半導体集積回路装置の製造方
    法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000340736A (ja) * 1999-05-26 2000-12-08 Sony Corp 半導体装置及びその実装構造、並びにこれらの製造方法
FR2813436A1 (fr) * 2000-08-25 2002-03-01 Orient Semiconductor Elect Ltd Structure d'encapsulation d'une base et d'une pastille connectees par pastilles a bosses
US7122400B2 (en) * 2003-09-17 2006-10-17 Infineon Technologies Ag Method of fabricating an interconnection for chip sandwich arrangements

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