JP2001230365A - 多層半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高信頼性で、歩留まりや生産性の向上を図
る。 【解決手段】 配線基板上に半導体チップを実装してな
る多数個の半導体モジュールをマザー基板上に積層して
なる。各半導体モジュールは、配線基板に、各層の配線
基板にそれぞれ設けられた層間接続ランドの全てに対応
して設けられた多数個のスペーサ手段を介して相互に或
いはマザー基板上に積層される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置及びそ
の製造方法に関し、さらに詳しくは配線基板に半導体チ
ップを実装してなる多数個の半導体モジュールをマザー
基板上に積層してなる多層半導体装置及びその製造方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置においては、半導体チップの
実装密度の向上を図るために、図５に示したような多数
個の半導体モジュール１０１ａ乃至１０１ｄをマザー基
板１０２上に積層してなる多層半導体装置１００が提供
されている。各半導体モジュール１０１は、図６（ｃ）
に示すようにそれぞれ半導体チップ１０３をフレキシブ
ルインターポーザ（薄型の配線基板）１０４上に、実装
して構成されている。

【０００３】マザー基板１０２は、半導体モジュール１
０１の配線基板１０４よりも厚い機械的剛性を有する配
線基板であり、図示しないが適宜の接続端子部や回路導
体部が形成されている。マザー基板１０２には、半導体
モジュール１０１の実装面に多数個の層間接続ランド１
０５が形成されている。半導体チップ１０３は、例えば
研磨等を施すことによって薄型化してなり、図６（ａ）
に示すように異方性導電材や半田付け１０６等によって
配線基板１０４上に実装される。

【０００４】配線基板１０４には、図示しないが半導体
チップ１０３を接続する端子導体部や適宜の回路導体部
が形成されるとともに、図６（ｂ）に示すように表裏主
面にそれぞれ多数個の層間接続ランド１０７、１０８が
形成されている。配線基板１０４は、各層間接続ランド
１０７を回路導体部を介して適宜接続するとともに、こ
の層間接続ランド１０７と層間接続ランド１０８とをス
ルーホール接続を施して表裏で適宜接続している。配線
基板１０４には、フラックスや半田ペースト１０９、１
１０が塗布されることによって、各層間接続ランド１０
７、１０８に半田特性を付与する。

【０００５】配線基板１０４には、この状態で必要な層
間接続ランド１０７に半田ボール１１１が供給される。
配線基板１０４には、半導体チップ１０３を実装すると
ともに半田ボール１１１を取り付けた状態において、リ
フロー加熱処理が施される。配線基板１０４は、これに
よって各半田ボール１１１が層間接続ランド１０７に溶
融固定され、半導体モジュール１０１を製作する。

【０００６】多層半導体装置１００は、図７（ａ）に示
した第１層半導体モジュール１０１ａ乃至同図（ｄ）に
示した第４層半導体モジュール１０１ｄとを、マザー基
板１０２上に順次積層した４層構成からなる。第１層半
導体モジュール１０１ａ乃至第４層半導体モジュール１
０１ｄには、後述するように半田ボール１１１が取り付
けられる層間接続ランド１０７がスルーホール接続によ
って対応する層間接続ランド１０８と接続される。配線
基板１０４ａ乃至１０４ｄには、表裏主面にそれぞれ相
対する多数個の層間接続ランド１０７、１０８が互いに
対をなして形成されている。なお、層間接続ランド１０
７、１０８については、説明の便宜上、横方向に９個が
形成されている場合について説明する。

【０００７】第１層半導体モジュール１０１ａは、マザ
ー基板１０２上に直接実装される半導体モジュールであ
り、図７（ａ）に示すように配線基板１０４ａのマザー
基板１０２と対向する主面に半導体チップ１０３ａが実
装されている。第１層半導体モジュール１０１ａには、
９個全ての層間接続ランド１０７ａに、半田ペースト１
０９を介して半田ボール１１１ａが取り付けられてい
る。第２層半導体モジュール１０１ｂは、第１層半導体
モジュール１０１ａ上に実装される半導体モジュールで
あり、図７（ｂ）に示すように配線基板１０４ｂの第１
層半導体モジュール１０１ａと対向する主面に半導体チ
ップ１０３ｂが実装されている。第２層半導体モジュー
ル１０１ｂには、５個の半田ボール１１１ｂが、例えば
左端の第１番目の層間接続ランド１０７ｂから１つおき
の層間接続ランド１０７に半田ペースト１０９を介して
それぞれ取り付けられている。

【０００８】第３層半導体モジュール１０１ｃは、第２
層半導体モジュール１０１ｂ上に実装される半導体モジ
ュールであり、図７（ｃ）に示すように配線基板１０４
ｃの第２層半導体モジュール１０１ｂと対向する主面に
半導体チップ１０３ｃが実装されている。第３層半導体
モジュール１０１ｃには、４個の半田ボール１１１ｃ
が、例えば左端から第２番目の層間接続ランド１０７ｃ
から１つおきの層間接続ランド１０７に半田ペースト１
０９を介してそれぞれ取り付けられている。

【０００９】第４層半導体モジュール１０１ｄは、第３
層半導体モジュール１０１ｃ上に実装される半導体モジ
ュールであり、図７（ｄ）に示すように配線基板１０４
ｄの第３層半導体モジュール１０１ｃと対向する主面に
半導体チップ１０３ｄが実装されている。第４層半導体
モジュール１０１ｄには、第２層半導体モジュール１０
１ｂと同様に、５個の半田ボール１１１ｃが例えば左端
の第１番目の層間接続ランド１０７ｃから１つおきの層
間接続ランド１０７に半田ペースト１０９を介してそれ
ぞれ取り付けられている。

【００１０】第１層半導体モジュール１０１ａは、適宜
の位置決め機構を介してマザー基板１０２に対して半導
体チップ実装面を対向させて積層され、各半田ボール１
１１ａが半田ペースト１１０を介して対応する層間接続
ランド１０５と接合される。第２層半導体モジュール１
０１ｂは、第１層半導体モジュール１０１ａに対して半
導体チップ実装面を対向させて積層され、各半田ボール
１１１ｂが対応する層間接続ランド１０８ａと半田ペー
スト１１０を介して仮接合される。以下、同様にして第
３層半導体モジュール１０１ｃと第４層半導体モジュー
ル１０１ｄとが順次積層される。

【００１１】マザー基板１０２及び第１層半導体モジュ
ール１０１ａ乃至第４層半導体モジュール１０１ｄの積
層体には、リフロー加熱処理が施されて各層間の各半田
ボール１１１を溶融状態とするとともに、図５鎖線で示
すように押し板１１２によって第１層半導体モジュール
１０１ａ側から押圧処理が施される。マザー基板１０２
及び第１層半導体モジュール１０１ａ乃至第４層半導体
モジュール１０１ｄの積層体は、各半田ボール１１１が
対応する層間接続ランド１０８に固定され、機械的結合
と所定の電気的接続が行われて多層半導体装置１００を
構成する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】従来の多層半導体装置
１００においては、上述したように各層間で電気的接続
を行うべき箇所に対応する部位にのみ、半田ボール１１
１が取り付けられる。したがって、多層半導体装置１０
０においては、図５に示すように、第１層半導体モジュ
ール１０１ａ乃至第４層半導体モジュール１０１ｄの各
層間にそれぞれ下側に半田ボール１１１が存在しない多
数の空間部ｈ１乃至ｈ３が構成される。

【００１３】多層半導体装置１００には、半導体モジュ
ール１０１にそれぞれ薄型の配線基板１０４が用いられ
ており、層間接続ランド１０７、１０８も小型化される
とともに回路導体部も狭ピッチ化されている。多層半導
体装置１００においては、上述したように各部材を積層
した後に押し板１１２による押圧処理を施すが、各空間
部ｈにおいて半田ボール１１１による支えが無いために
配線基板１０４が撓んで押圧力が下側に伝わらない状態
となる。

【００１４】このため、多層半導体装置１００において
は、各半田ボール１１１やフラックスと層間接続ランド
１０７、１０８とが確実に接続されず、信頼性が劣化す
るとともに歩留りが悪いといった問題があった。多層半
導体装置１００は、多層になるにしたがって、この問題
が一層顕著となる。また、多層半導体装置１００におい
ては、接続不良の箇所が内層で生じるために導通検査装
置を用いた全数の導通検査を実施する必要があり、生産
効率が悪いといった問題があった。さらに、多層半導体
装置１００においては、薄型の配線基板１０４を用いる
ことから取り扱いが面倒であるといった問題があった。
さらにまた、多層半導体装置１００においては、各層の
半導体モジュール１０１に対してそれぞれ異なる数の各
半田ボール１１１をそれぞれ取り付けることから、供給
装置の設定が面倒であるといった問題があった。

【００１５】したがって、本発明は、上述した従来の問
題点を解決して、信頼性が高く、歩留まりや生産性の向
上が図られた多層半導体装置及びその製造方法を提供す
ることを目的に提案されたものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
本発明にかかる多層半導体装置は、配線基板上に半導体
チップを実装した多数個の半導体モジュールをマザー基
板上に積層してなる。各半導体モジュールは、各層の配
線基板にそれぞれ設けられた層間接続ランドの全てに対
応して配線基板に設けられた多数個のスペーサ手段を介
して相互に或いはマザー基板上に積層される。

【００１７】以上のように構成された本発明にかかる多
層半導体装置によれば、多数個のスペーサ手段を介して
各層の半導体モジュールに対して押圧力が均一に伝達さ
れることから、層間接続ランドの接続が確実かつ簡易に
行われる。多層半導体装置によれば、薄型の配線基板に
対して多数個のスペーサ手段が取り付けられることか
ら、それぞれの機械的剛性も向上するとともに積層工程
時の取り扱いも簡便となる。多層半導体装置によれば、
各層の半導体モジュールに対して共通の供給装置を用い
てスペーサ手段の取り付けが行われる。

【００１８】また、上述した目的を達成する本発明にか
かる多層半導体装置の製造方法は、各半導体モジュール
に層間接続ランドとともに各層全ての配線基板の層間接
続ランドに対応するダミーランドが設けられた配線基板
が用いられる。多層半導体装置の製造方法は、各半導体
モジュールの配線基板にそれぞれ半導体チップを実装す
る半導体チップ実装工程と、各半導体モジュールの配線
基板の接続ランド及びダミーランドにそれぞれスペーサ
手段を取り付けるスペーサ取付工程と、各半導体モジュ
ールをスペーサ手段を介して相互かつマザー基板上に積
層する半導体モジュール積層工程と、各半導体モジュー
ルとマザー基板の積層体を押圧することによってスペー
サ手段を介して各部材を一体化する押圧工程を有する。

【００１９】以上の工程を有する本発明にかかる多層半
導体装置の製造方法によれば、多数個のスペーサ手段を
介して各層の半導体モジュールに対して押圧力が均一に
伝達されることから、層間接続ランドの接続が確実かつ
簡易に行われるようになる。多層半導体装置の製造方法
によれば、薄型の配線基板に対して多数個のスペーサ手
段がそれぞれ均一に取り付けられることから、それぞれ
の機械的剛性も向上するとともに各部材を積層する際の
取り扱いが簡便に行われる。多層半導体装置の製造方法
によれば、各層の半導体モジュールに対して共通の供給
装置を用いてスペーサ手段の取り付けが行われ、工程の
簡易化が図られる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して詳細に説明する。実施の形態として
示す多層半導体装置１は、上述した従来の多層半導体装
置１００と基本的な構成をほぼ同様とし、図１に示すよ
うに多数個の半導体モジュール２ａ乃至２ｄをマザー基
板３上に積層してなる。各半導体モジュール２は、図２
（ｃ）に示すようにそれぞれ半導体チップ４を薄型の配
線基板５上に実装して構成されている。多層半導体装置
１は、図示しないが、各層間を絶縁樹脂によって封装す
るようにしてもよい。

【００２１】半導体チップ２は、例えば集積回路素子や
メモリチップ等のチップ体であり、研磨等を施すことに
よって薄型化されてなる。半導体チップ２は、図２
（ａ）に示すように異方性導電材や半田付け６等によっ
て配線基板５の実装領域上に接続実装される。半導体チ
ップ２は、例えばワイヤボンディングによって、配線基
板５上に接続実装するようにしてもよい。

【００２２】マザー基板３は、半導体モジュール２の配
線基板５よりも大きな厚みで機械的剛性を有する配線基
板が用いられ、多層半導体装置１のベースを構成すると
ともに、図示しないが銅箔等により適宜の接続端子部や
回路導体部が形成されて外部接続部材を構成する。マザ
ー基板３には、半導体モジュール２の実装面に多数個の
層間接続ランド７が形成されている。層間接続ランド７
は、回路導体部と接続されるとともに、積層される半導
体モジュール２との接続端子を構成する。

【００２３】配線基板５は、例えば絶縁フィルムを基材
として、その主面に詳細を省略するが銅箔等によって適
宜の回路導体部が形成されるとともに半導体チップ２の
実装領域を囲んで端子導体部が形成されている。配線基
板５には、表裏主面に多数個の層間接続ランド８、９及
びダミーランド１０、１１が形成されている。なお、配
線基板５は、半導体チップ２を主面上に直接実装するば
かりでなく、例えば半導体チップ２を臨ませるホールを
切り抜き形成したり、両側縁に沿って連続搬送を行うた
めのパーホレーション等を形成するようにしてもよい。

【００２４】各層間接続ランド８、９は、詳細を省略す
るが、配線基板５の表裏主面にそれぞれ対をなして形成
され、スルーホール接続によって互いに接続されるとと
もに回路導体部と接続されたランドである。各ダミーラ
ンド１０、１１は、詳細を省略するが、配線基板５の表
裏面においてそれぞれ回路導体部と接続されない単独の
ランド或いはスルーホール接続されていない表裏で独立
したランドである。

【００２５】配線基板５には、表裏主面にそれぞれ対を
なす多数個のランドが、例えばマトリックス状配列等さ
れることによってほぼ均等に分布形成されてなる。配線
基板５は、各層の半導体モジュール２に対応して上述し
たそれぞれの接続が適宜施されることによって、各ラン
ドが層間接続ランド８、９及びダミーランド１０、１１
を構成する。ダミーランド１０、１１は、少なくとも各
層の配線基板５に形成される全ての層間接続ランド８、
９に対応して、当該配線基板５にこれら層間接続ランド
８、９が形成されない位置にそれぞれ形成される。な
お、ダミーランド１０、１１は、配線基板５の大きさ、
厚み或いは弾性変形率、或いは回路導体部のピッチ等に
応じて、層間接続ランド８、９の有無にかかわらず各配
線基板５に共通して適宜形成してもよい。

【００２６】配線基板５には、図２（ｂ）に示すよう
に、層間接続ランド８、９やダミーランド１０、１１に
フラックスや半田ペースト１２が塗布されることによっ
て半田特性が付与される。配線基板５には、半田ペース
ト１２等が塗布された状態で、半導体チップ４の実装面
側の全ての層間接続ランド８とダミーランド１０とに接
続用半田ボール１３とダミー接続用半田ボール１４とが
図示しない供給装置によって一括して供給される。な
お、各接続用半田ボール１３及びダミー接続用半田ボー
ル１４は、全て同一のものである。

【００２７】配線基板５には、半導体チップ４が実装さ
れるとともに層間接続ランド８或いはダミーランド１０
に接続用半田ボール１３やダミー接続用半田ボール１４
を取り付けた状態において、リフロー加熱処理が施され
る。配線基板５は、この処理によって各接続用半田ボー
ル１３やダミー接続用半田ボール１４が層間接続ランド
８とダミーランド１０にそれぞれ溶融固定されて、図２
（ｃ）に示す半導体モジュール２を製作する。

【００２８】半導体モジュール２は、上述したように薄
厚の配線基板５を基材とするが、接続用半田ボール１３
やダミー接続用半田ボール１４が均一に接合固定される
ことによって機械的剛性が大きくかつ重量バランスも調
整された構造となっている。したがって、半導体モジュ
ール２は、これによって後述する製造工程等における取
り扱いが容易となるとともに、変形等によって実装した
半導体チップ４に接続不良が生じるといった不都合の発
生が抑制されるようになる。

【００２９】多層半導体装置１は、図３（ａ）に示した
第１層半導体モジュール２ａ乃至同図（ｄ）に示した第
４層半導体モジュール２ｄとを、マザー基板３上に順次
積層した４層構成からなる。第１層半導体モジュール２
ａ乃至第４層半導体モジュール２ｄは、上述したように
適宜接続された層間接続ランド８、９が形成され、また
全体で同数となる層間接続ランド８、９とダミーランド
１０、１１とが形成されている。なお、第１層半導体モ
ジュール２ａ乃至第４層半導体モジュール２ｄには、表
裏面に全体で９個の層間接続ランド８、９とダミーラン
ド１０、１１とが図示されているが、実際にはこれらが
例えばマトリックス状に多数個配列されることは勿論で
ある。

【００３０】第１層半導体モジュール２ａは、マザー基
板３上に直接実装される半導体モジュールであり、同図
（ａ）に示すように配線基板５ａのマザー基板３と対向
する主面５ａ１に半導体チップ４ａが実装されている。
第１層半導体モジュール２ａは、主面５ａ１に形成され
る９個全てのランドが層間接続ランド８ａであり、これ
ら層間接続ランド８ａ上に接続用半田ボール１３ａがそ
れぞれ溶着固定されている。第１層半導体モジュール２
ａは、他方主面５ａ２に形成される９個のランドが、左
端を層間接続ランド９ａとして、層間接続ランド９ａと
ダミーランド１１ａとが交互に構成されている。

【００３１】第２層半導体モジュール２ｂは、第１層半
導体モジュール２ａ上に実装される半導体モジュールで
あり、図３（ｂ）に示すように配線基板５ｂの第１層半
導体モジュール２ａとの対向面５ｂ１に半導体チップ４
ｂが実装されている。第２層半導体モジュール２ｂは、
配線基板５ｂの主面５ｂ１に形成される９個のランド
が、上述した第１層半導体モジュール２ａの主面５ａ２
側の９個のランド構成に対応して、左端を層間接続ラン
ド８ｂとして層間接続ランド８ｂとダミーランド１０ｂ
とが交互に構成されている。第２層半導体モジュール２
ｂには、各層間接続ランド８ｂに接続用半田ボール１３
ｂがそれぞれ溶着固定されるとともに、各ダミーランド
１０ｂにダミー接続用半田ボール１４ｂがそれぞれ溶着
固定されている。第２層半導体モジュール２ｂは、他方
主面５ｂ２に形成される９個のランドが、左端をダミー
ランド１１ｂとして、ダミーランド１１ｂと層間接続ラ
ンド９ｂとが交互に構成されている。

【００３２】第３層半導体モジュール２ｃは、第２層半
導体モジュール２ｂ上に実装される半導体モジュールで
あり、図３（ｃ）に示すように配線基板５ｃの第２層半
導体モジュール２ｂとの対向面５ｃ１に半導体チップ４
ｃが実装されている。第３層半導体モジュール２ｃは、
配線基板５ｃの主面５ｃ１に形成される９個のランド
が、上述した第２層半導体モジュール２ｂの主面５ｂ２
側の９個のランド構成に対応して、左端をダミーランド
１０ｃとして、ダミーランド１０ｃと層間接続ランド８
ｃとが交互に構成されている。第３層半導体モジュール
２ｃには、各層間接続ランド８ｃに接続用半田ボール１
３ｃがそれぞれ溶着固定されるとともに、各ダミーラン
ド１０ｃにダミー接続用半田ボール１４ｃがそれぞれ溶
着固定されている。第３層半導体モジュール２ｃは、他
方主面５ｃ２に形成される９個のランドが、左端を層間
接続ランド９ｃとして、層間接続ランド９ｃとダミーラ
ンド１１ｃとが交互に構成されている。

【００３３】第４層半導体モジュール２ｄは、第３層半
導体モジュール２ｃ上に実装される半導体モジュールで
あり、図３（ｄ）に示すように配線基板５ｄの第３層半
導体モジュール２ｃとの対向面５ｄ１に半導体チップ４
ｄが実装されている。第４層半導体モジュール２ｄは、
配線基板５ｄの主面５ｄ１に形成される９個のランド
が、上述した第３層半導体モジュール２ｃの主面５ｃ２
側の９個のランド構成に対応して、左端を層間接続ラン
ド８ｄとして、層間接続ランド８ｄとダミーランド１０
ｄとが交互に構成されている。第４層半導体モジュール
２ｄには、各層間接続ランド８ｃｄ接続用半田ボール１
３ｄがそれぞれ溶着固定されるとともに、各ダミーラン
ド１０ｄにダミー接続用半田ボール１４ｄがそれぞれ溶
着固定されている。第４層半導体モジュール２ｄは、他
方の主面５ｄ２が多層半導体装置１の表層を構成する。

【００３４】次に、図４を参照して多層半導体装置１の
製造工程を説明する。多層半導体装置１は、各層の半導
体モジュール２を製作した後に、これら半導体モジュー
ル２をマザー基板３上に積層して一体化して製造され
る。製造工程は、半導体チップ実装工程ｓ−１を第１の
工程として、配線基板５の実装領域に異方性導電材や半
田付け６等によって半導体チップ４を実装する。製造工
程においては、半田付け性付与工程ｓ−２において、各
配線基板５に形成された層間接続ランド８、９及びダミ
ーランド１０、１１にフラックスや半田ペーストを塗布
して半田ボール１３、１４の接合特性及び半田付け性を
付与する処理を行う。

【００３５】製造工程においては、半田ボール供給工程
ｓ−３において、配線基板５の半導体チップ実装面側の
層間接続ランド８及びダミーランド１０に対して、供給
装置により接続用半田ボール１３とダミー接続用半田ボ
ール１４とを一括して供給する。接続用半田ボール１３
とダミー接続用半田ボール１４とは、半田ペースト等に
よって層間接続ランド８及びダミーランド１０に仮接合
される。

【００３６】製造工程においては、半田ボール溶着工程
ｓ−４において、配線基板５をリフロー半田槽に投入し
て第１の加熱処理を施すことによって、接続用半田ボー
ル１３やダミー接続用半田ボール１４を溶融して対応す
る層間接続ランド８及びダミーランド１０にそれぞれ接
合固定する。製造工程においては、以上の工程を経て半
導体モジュール２が製作される。

【００３７】製造工程においては、半田付け性付与工程
ｓ−５において、製作された半導体モジュール２の他方
の主面に形成された層間接続ランド９やダミーランド１
１或いは接合固定された接続用半田ボール１３やダミー
接続用半田ボール１４の表面にフラックスや半田ペース
トを塗布して半田付け性を付与する処理を行う。

【００３８】製造工程においては、半導体モジュール積
層工程ｓ−６において、マザー基板３に対して所定数の
半導体モジュール２ａ乃至２ｄが順次積層される。マザ
ー基板３にも、層間接続ランド７にフラックスや半田ペ
ーストが塗布されて半田付け性が付与されている。各層
半導体モジュール２ａ乃至２ｄは、フラックスや半田ペ
ーストを介して互いに積層状態が仮保持されて、マザー
基板３とともに積層体を構成する。

【００３９】製造工程においては、加熱工程ｓ−７にお
いて、マザー基板３と各層半導体モジュール２ａ乃至２
ｄの積層体をリフロー半田槽に投入して第２の加熱処理
を施す。積層体は、各層半導体モジュール２ａ乃至２ｄ
の接続用半田ボール１３やダミー接続用半田ボール１４
がそれぞれ溶融して、対向する層間接続ランド９及びダ
ミーランド１０にそれぞれ接合固定される。

【００４０】製造工程においては、押圧工程ｓ−８にお
いて、第４層半導体モジュール２ｄ側から図１鎖線で示
す押し板１５による押圧処理が施される。製造工程は、
この押圧処理により、マザー基板３の層間接続ランド７
や各層半導体モジュール２ａ乃至２ｄの層間接続ランド
８、９或いはダミーランド１０、１１と、各層の接続用
半田ボール１３やダミー接続用半田ボール１４とが強固
に接続固定されて多層半導体装置１を完成させる。

【００４１】多層半導体装置１は、上述したようにマザ
ー基板３と各層半導体モジュール２ａ乃至２ｄとの間
に、接続用半田ボール１３とダミー接続用半田ボール１
４とが均一な状態で配設されている。換言すれば、多層
半導体装置１は、各層半導体モジュール２ａ乃至２ｄの
層間接続ランド８、９が、図１に示すように全て接続用
半田ボール１３やダミー接続用半田ボール１４によって
支えられた構造となっている。

【００４２】したがって、多層半導体装置１は、押し板
１５による押圧力Ｆがこれら接続用半田ボール１３とダ
ミー接続用半田ボール１４を介して各層半導体モジュー
ル２ａ乃至２ｄの全ての層間接続ランド８、９に伝達さ
れることで確実な接続が行われる。多層半導体装置１
は、各層半導体モジュール２ａ乃至２ｄが配線基板５に
接続用半田ボール１３やダミー接続用半田ボール１４が
均一に接合固定されることによって機械的剛性が大き
く、全体としてさらに大きな機械的強度を有することか
ら取り扱いが容易となるとともに、配線基板５の変形等
による半導体チップ４の接続不良の発生が抑制される。

【００４３】上述した多層半導体装置１においては、半
導体モジュール２を構成する配線基板５の表裏主面に層
間接続ランド８、９とともにダミーランド１０、１１を
形成したが、いずれか一方側にのみダミーランド１０、
１１を形成してもよい。配線基板５は、かかる構成によ
ってランド数が削減される。

【００４４】また、多層半導体装置１においては、ダミ
ー接続用半田ボール１４によって層間接続ランド８、９
を支えるように構成したが、例えば黄銅やステンレス等
の金属チップや、アルミナ等のセラミックチップ、ガラ
スチップ等によって形成したスペーサを用いてもよい。
スペーサは、フラックス等を塗布することによって半田
付け性が付与され、配線基板に接続固定される。

【００４５】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明にか
かる多層半導体装置及びその製造方法によれば、各半導
体モジュールが各層の配線基板にそれぞれ設けられた層
間接続ランドの全てに対応して設けられた多数個のスペ
ーサ手段を介して相互に或いはマザー基板上に積層され
ることから、スペーサ手段を介して各層の半導体モジュ
ールに対して押圧力が均一に伝達され層間接続ランドの
接続が確実かつ簡易に行われ信頼性及び歩留りの向上が
図られる。多層半導体装置によれば、薄型の配線基板に
対して多数個のスペーサ手段が取り付けられることから
それぞれの機械的剛性も向上するとともに積層工程時の
取り扱いを簡便としかつ変形による半導体チップの接続
不良の発生を抑制し、また各層の半導体モジュールに対
して共通の供給装置を用いてスペーサ手段の取り付けを
可能とすることで生産性の向上が図られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態として示す多層半導体装置
の構成図である。

【図２】同多層半導体装置に備えられる半導体モジュー
ルの構成部材の構成図であり、同図（ａ）は半導体チッ
プを示し、同図（ｂ）は配線基板を示し、同図（ｃ）は
半導体モジュールを示す。

【図３】同多層半導体装置に備えられる各層の半導体モ
ジュールの構成図であり、同図（ａ）は第１層半導体モ
ジュールを示し、同図（ｂ）は第２層半導体モジュール
を示し、同図（ｃ）は第３層半導体モジュールを示し、
同図（ｄ）は第４層半導体モジュールを示す。

【図４】同多層半導体装置の製造工程図である。

【図５】従来の多層半導体装置の構成図である。

【図６】同多層半導体装置に備えられる半導体モジュー
ルの構成部材の構成図であり、同図（ａ）は半導体チッ
プを示し、同図（ｂ）は配線基板を示し、同図（ｃ）は
半導体モジュールを示す。

【図７】同多層半導体装置に備えられる各層の半導体モ
ジュールの構成図であり、同図（ａ）は第１層半導体モ
ジュールを示し、同図（ｂ）は第２層半導体モジュール
を示し、同図（ｃ）は第３層半導体モジュールを示し、
同図（ｄ）は第４層半導体モジュールを示す。

【符号の説明】

１ 多層半導体装置、２ 半導体モジュール、３ マザ
ー基板、４ 半導体チップ、５ 配線基板、７ 層間接
続ランド、８，９ 層間接続ランド、１０，１１ ダミ
ーランド、１２ 半田ペースト、１３ 接続用半田ボー
ル、１４ ダミー接続用ランド、１５ 押し板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長谷川 潔 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 太田 和也 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 配線基板上に半導体チップを実装した多
   数個の半導体モジュールをマザー基板上に積層してなる
   多層半導体装置において、 上記各半導体モジュールは、各層の配線基板にそれぞれ
   設けられた層間接続ランドの全てに対応して上記配線基
   板に設けられた多数個のスペーサ手段を介して相互及び
   上記マザー基板上に積層されることを特徴とする多層半
   導体装置。
2. 【請求項２】 上記スペーサ手段は、相対して積層され
   る上記半導体モジュールのいずれか一方の配線基板に設
   けられることを特徴とする請求項１に記載の多層半導体
   装置。
3. 【請求項３】 上記各半導体モジュールの配線基板に
   は、相対して積層される上記半導体モジュールの配線基
   板間の接続を行う上記層間接続ランドとともに、各層全
   ての半導体モジュールの配線基板の層間接続ランドに対
   応してダミーランドが設けられ、 これら層間接続ランド及びダミーランドに上記スペーサ
   手段が設けられることを特徴とする請求項１に記載の多
   層半導体装置。
4. 【請求項４】 上記各半導体モジュールの配線基板に
   は、個々に実装される上記半導体チップの接続ランドが
   設けられるとともに、各層全ての半導体モジュールの配
   線基板に実装される半導体チップの最大接続ランド数に
   対応するダミーランドが設けられ、 これら接続ランド及びダミーランドに上記スペーサ手段
   が設けられることを特徴とする請求項１に記載の多層半
   導体装置。
5. 【請求項５】 上記スペーサ手段は、半田ボールである
   ことを特徴とする請求項１に記載の多層半導体装置。
6. 【請求項６】 上記ダミーランドに設けられるスペーサ
   手段は、金属材、セラミック材、ガラス材等から選択さ
   れることを特徴とする請求項１に記載の多層半導体装
   置。
7. 【請求項７】 配線基板上に半導体チップを実装した多
   数個の半導体モジュールをマザー基板上に積層してなる
   多層半導体装置の製造方法において、 上記各半導体モジュールには、層間接続ランドとともに
   各層全ての配線基板の層間接続ランドに対応するダミー
   ランドが設けられた配線基板が備えられ、 上記各半導体モジュールの配線基板に、それぞれ上記半
   導体チップを実装する半導体チップ実装工程と、 上記各半導体モジュールの配線基板の接続ランド及びダ
   ミーランドに、それぞれスペーサ手段を取り付けるスペ
   ーサ取付工程と、 上記各半導体モジュールを、上記スペーサ手段を介して
   相互かつ上記マザー基板上に積層する半導体モジュール
   積層工程と、 上記各半導体モジュールと上記マザー基板の積層体を押
   圧することによって、上記スペーサ手段を介して一体化
   する押圧工程とを有することを特徴とする多層半導体装
   置の製造方法。
8. 【請求項８】 上記スペーサ手段には、半田ボールが用
   いられ、 上記各配線基板の接続ランド及びダミーランドに、それ
   ぞれ上記半田ボールを一括して供給する半田ボール供給
   工程と、 上記各配線基板に第１の加熱処理を施して上記各半田ボ
   ールを上記接続ランド及びダミーランドに溶融固定する
   半田ボール溶着工程とを経て上記半導体モジュールを製
   作し、 多数個の上記半導体モジュールを上記マザー基板上に順
   次積層する上記半導体モジュール積層工程と、 上記各半導体モジュールと上記マザー基板との積層体に
   第２の加熱処理を施こす加熱工程と、 上記各半導体モジュールと上記マザー基板の積層体を押
   圧することによって、上記各半田ボールを介して一体化
   する押圧工程とを有することを特徴とする請求項７に記
   載の多層半導体装置の製造方法。