JP2002217357A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 一個の半導体素子で電子回路のこれ以上の高
密度・高集積は困難となっており、より一層の高集積化
が達成されかつ高信頼性を有する半導体装置が必要とさ
れている。 【解決手段】 基体１上に、下層から第１半導体素子
２、電気絶縁性基板４、第２半導体素子３の順に配され
それぞれが固着され、ワイヤ６を用いて第１半導体素子
２、電気絶縁性基板４、第２半導体素子３および外部端
子５が電気的に接続された後、樹脂被覆材７で被覆され
た半導体装置８において、電気絶縁性基板４の熱膨張率
を電気絶縁性基板４の上下に積層された第１半導体素子
２および第２半導体素子３のそれぞれの熱膨張率の間の
値に設定することにより、電子回路のより一層の高集積
化が図れると同時に、高信頼性を有する半導体装置８を
得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、情報処理装置や携
帯電話等の電子装置に実装される半導体装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来、コンピュータ等の情報処理装置や
携帯電話等の電子装置に実装される樹脂被覆タイプの半
導体装置は、一般に、半導体素子と、鉄−ニッケル−コ
バルト合金・鉄−ニッケル合金・銅等の金属材料から成
る基体および複数個の外部端子と、エポキシ樹脂等の熱
硬化樹脂から成る樹脂被覆材とから構成されており、基
体上に半導体素子を金−シリコン共晶合金等のロウ材や
導電性または電気絶縁性のペーストを介して固定すると
ともに半導体素子の各電極パッドを外部端子にボンディ
ング用の金属ワイヤを介して電気的に接続し、しかる
後、これら半導体素子、基体および外部端子の一部を樹
脂被覆材で被覆することによって製作されている。

【０００３】この半導体装置は、外部端子の外部導出端
部を外部電気回路基板の配線導体に半田等の接合材を介
し接合することによって外部電気回路基板上に実装さ
れ、同時に半導体素子の各電極パッドが外部端子を介し
て外部電気回路に電気的に接続されるようになってい
る。

【０００４】近年、コンピュータや携帯電話等の電子装
置は小型化・情報処理の高速化・高機能化が急激に進
み、これら電子装置に実装される半導体装置を形成する
半導体素子を高密度・高集積化することが強く要求され
ている。

【０００５】しかしながら、すでに半導体素子自体も小
型化が進んでいるためこれ以上の電子回路の形成が難し
くなってきており、またその電子回路を形成するための
微細化技術も高度化・複雑化しているため、一個の半導
体素子で超高集積化を図るためには多くのコストがかか
り、そのため一個の半導体素子でより一層の電子回路の
高密度・高集積を図ることは困難となっている。

【０００６】そこで、上記問題点を解消するために、図
２に断面図で示すような電気絶縁性基体21の上下両面に
半導体素子22をロウ材等で接着固定するとともに、各半
導体素子22の電極パッド23を基体21の接続パッド（不図
示）等にワイヤ24を介して電気的に接続し、しかる後、
半導体素子21、基体22および必要に応じて外部端子25の
一部を樹脂被覆材26で被覆して成る半導体装置27が提案
されている。

【０００７】この半導体装置27によれば、半導体素子22
が基体21の上下両面にそれぞれ実装されていることか
ら、半導体装置27の平面面積を増加させることなく、容
易に半導体装置27における電子回路の高密度・高集積化
を図ることができる。

【０００８】しかしながら、この半導体装置27において
は、まず一個の半導体素子22を基体21の上面にロウ材等
を介して接着固定するとともに、この半導体素子22の電
極パッドを基体21の接続パッド等にワイヤ24を介して接
続し、次に基体21を裏返して基体21下面に他の半導体素
子22を接着固定するとともに、この基体21下面に固定し
た半導体素子22の電極パッドを基体21の下面に形成した
接続パッド等にワイヤを介して接続しなければならず、
製造工程が複雑で長く、生産性が悪いという問題点を有
する。

【０００９】また、基体21を裏返して基体21下面に他の
半導体素子22を接着固定するとともに、この基体21下面
に固定した半導体素子22の電極パッドを基体21の下面に
形成した接続パッド等にワイヤを介して接続する際、基
体21の上面側に固定された半導体素子22に接続されてい
るワイヤが外れたり切れたりして、製品としての半導体
装置27の信頼性および歩留まりが大きく低下するという
問題点を有する。

【００１０】さらに、基体21の下面に他の半導体素子22
を接着固定する際、および基体21下面に接着固定した半
導体素子22の電極パッドと基体21の下面に形成した接続
パッド等とをワイヤを介して接続する際に、上面側に半
導体素子22が接着固定されている基体21を保持するのに
上面側の半導体素子22の形状を考慮した特殊な冶具が個
々に必要となってしまい、この汎用性のない特殊な冶具
の使用によって製品としての半導体装置27を高価として
しまうという問題点を有する。

【００１１】そこでさらに、図３に断面図で示すよう
な、金属等から成る基体31の上面に２個の半導体素子32
・33を上下に積層し、接着固定するとともに、各半導体
素子32・33の電極パッド34を基体31の接続パッド（不図
示）や外部端子35にワイヤ36を介して電気的に接続し、
しかる後、半導体素子32・33および基体31の一部を樹脂
被覆材37で被覆して成る半導体装置38が提案されてい
る。

【００１２】この半導体装置37によれば、２個の半導体
素子32・33がともに基体31の上面に積層して固定されて
いることから、半導体装置38の平面面積を増加させるこ
となく容易に半導体装置38の高密度化を図ることができ
る。また同時に、この半導体装置38は基体31の同一面に
２個の半導体素子32・33が接着固定されているため基体
31に半導体素子32を接着固定する際、あるいは各半導体
素子32・33の電極パッド34を基体31の接続パッドや外部
端子35にワイヤ36を介して電気的に接続する際等におい
て、基体31をそのつど裏返す必要は全くなく、その結
果、基体31を保持するのに汎用性のない特殊な冶具の使
用が不要となるとともに基体31の接続パッドや外部端子
35と各半導体素子32・33の電極パッド34とを接続するワ
イヤ36に外れや切断が生じることはほとんどなくなり、
製品としての半導体装置38の信頼性および歩留まり・生
産性を大きく向上させることができる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記２
個の半導体素子32・33を積層した半導体装置38は、各半
導体素子32・33の電子回路が極めて高密度・高集積に形
成されているため電極パッド34の形成位置についての自
由度が低く、所望する任意の場所に所定の電極パッド34
を形成することができない。そのため、上下に積層した
各半導体素子32・33の電極パッド34をワイヤ36で接続す
る際、あるいは各半導体素子32・33の電極パッド34と基
体31の接続パッドや外部端子35とをワイヤ36で接続する
際に、複数のワイヤ36が交差したり、また、ワイヤ36が
不要に長くなって変形しやすくなり、例えば、半導体素
子32・33を樹脂被覆材37で被覆する場合に、樹脂の圧力
がワイヤ36に作用するとワイヤ36が容易に倒れて隣接す
るワイヤ36同士が接触し、隣接する電極パッド34間に電
気的短絡が生じて半導体装置38としての機能を喪失した
り、特性が不安定となって半導体素子32・33を常に正常
に動作させることができないという問題点を誘発するも
のであった。

【００１４】また、基体31上に接着固定されている２個
の半導体素子32・33の材質が異なる場合は、半導体素子
32・33それぞれの熱膨張率の違いによる熱膨張差を起因
として半導体素子32・33間に発生する熱応力によって、
上層の半導体素子33の剥離を引き起こす、あるいは半導
体素子に用いられる材料は非常にもろくわずかな応力で
も影響を受けるため、上下層の各半導体素子32・33の破
壊を引き起こすという問題点があった。

【００１５】加えて、半導体素子32・33が破壊に到らな
い場合においても、半導体素子32・33間の熱応力によっ
て下層の半導体素子32表面の電子回路部が歪み、その結
果、半導体素子32の誤動作や動作不良を引き起こすとい
う問題点もあった。

【００１６】本発明は上記従来技術における問題点を解
決すべく完成されたものであり、その目的は、小面積に
して多数の電子回路を高密度・高集積に形成することが
でき、かつ半導体素子の電極パッドと外部端子等とを接
続するワイヤの接触を有効に防止すると同時に、上下に
積層し、接着固定した各半導体素子の熱膨張率の違いに
よる熱膨張差を起因とするそれらの半導体素子間に発生
する熱応力を緩和し、半導体素子を長期間にわたり正常
かつ安定に動作させることができる小型・高信頼性の半
導体装置を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
外部端子と、基体と、該基体上に配され、上面に複数個
の電極パッドを有する第１半導体素子と、該第１半導体
素子上に配され、表面に複数個の接続パッドを有する電
気絶縁性基板と、該電気絶縁性基板上に配され、上面に
複数個の電極パッドを有する第２半導体素子と、前記第
１半導体素子および第２半導体素子の電極パッドと外部
端子と接続パッドとを電気的に接続するワイヤと、前記
第１半導体素子および第２半導体素子を被覆する樹脂被
覆材とから成る半導体装置であって、前記電気絶縁性基
板の熱膨張率が前記第１半導体素子および第２半導体素
子のそれぞれの熱膨張率の間の値であることを特徴とす
るものである。

【００１８】本発明の半導体装置によれば、基体上に第
１半導体素子および第２半導体素子の２個の半導体素子
を、間に電気絶縁性基板を介在させて上下に積層すると
ともに、第１半導体素子の上面および第２半導体素子の
上面の電極パッドと電気絶縁性基板の上面に設けた接続
パッドとを電気的に接続していることから、半導体装置
の平面面積を増加させることなく半導体装置における電
子回路の高密度化・高集積化を図ることができる。

【００１９】また、本発明の半導体装置によれば、基体
の同一面に２個の半導体素子が接着固定されているた
め、基体に半導体素子を接着固定する際、あるいは各半
導体素子の電極パッドを外部端子等にワイヤを介して電
気的に接続する際等において、基体をそのつど裏返す必
要が全くなく、その結果、基体を保持するのに汎用性の
ない特殊な冶具の使用が不要となるとともに、外部端子
等と各半導体素子の電極パッドとを接続するワイヤに外
れや切断が生じることはほとんどなくなり、製品として
の半導体装置の信頼性および歩留まり・生産性を大きく
向上させることができる。

【００２０】さらに、本発明の半導体装置によれば、上
下に位置する半導体素子間に、接続パッドの形成位置を
任意に設定できる電気絶縁性基板を配したことから、電
気絶縁性基板の接続パッドの形成位置を半導体素子の電
極パッドの形成位置や外部端子の位置に対応させて形成
しておくことによって、半導体素子の電極パッドおよび
外部端子と電気絶縁性基板の接続パッドとを近距離とな
すことができ、その結果、半導体素子の電極パッドと電
気絶縁性基板との接続パッドとを、また電気絶縁性基板
の接続パッドと外部端子等とをワイヤを介して接続した
際に、複数のワイヤが交差することなく、また、ワイヤ
の長さは短くて、変形し難いものとなり、ワイヤに外力
が作用してもワイヤは容易に倒れることがなるので、隣
接するワイヤ同士の接触に起因する半導体素子の電極パ
ッド間の電気的短絡が有効に防止され、これによって半
導体素子を長期間にわたり正常かつ安定に動作させるこ
とが可能になることから半導体装置を高信頼性のものと
なすことができる。

【００２１】また、本発明の半導体装置によれば、電気
絶縁性基板の熱膨張率を第１半導体素子および第２半導
体素子のそれぞれの熱膨張率の間の値となるように設定
したことから、電気絶縁性基板と第１半導体素子および
第２半導体素子との熱膨張差が小さくなることに伴って
それらの熱による変位量差が小さくなり、その結果、こ
の電気絶縁性基板が、電気絶縁性基板の上下に積層して
接着固定された各半導体素子の熱膨張率の差を起因とす
る、各半導体素子に発生し半導体素子の剥離あるいは半
導体素子の誤動作や破壊を引き起こす熱応力を効果的に
低減でき、その結果、長期にわたり正常かつ安定に動作
する小型・高信頼性の半導体装置を得ることができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に基づいて詳
細に説明する。

【００２３】図１は、本発明の半導体装置の実施の形態
の一例を示す断面図である。１は基体、２は第１半導体
素子、３は第２半導体素子、４は第１半導体素子２と第
２半導体素子３との間に介在する電気絶縁性基板、５は
外部端子、６はボンディング用のワイヤ、７は樹脂被覆
材であり、これらの基体１・第１半導体素子２・第２半
導体素子３・電気絶縁性基板４・外部端子５・ワイヤ６
・樹脂被覆材７により半導体装置８が構成される。

【００２４】基体１は、第１半導体素子２と第２半導体
素子３および電気絶縁性基板４を搭載し、支持する機能
を有し、銅・銅合金・鉄−ニッケル合金・鉄−ニッケル
−コバルト合金・アルミニウム・アルミニウム合金等の
金属材料により形成されている。

【００２５】基体１は、例えば、銅等の金属材料から成
るインゴット（塊）に対し適当な圧延加工・打抜き加工
等の金属加工を施すことによって形成される。

【００２６】また、基体１の上面には第１半導体素子２
が搭載されており、この第１半導体素子２はロウ材やガ
ラス・有機樹脂等の接着材を介して基体１の上面に接着
固定されている。

【００２７】加えて、基体１の外側にはリード端子等の
外部端子５が配されており、この外部端子５は第１半導
体素子２および第２半導体素子３の電子回路を外部の電
気回路に接続するためのものである。

【００２８】外部端子５は、銅・銅合金・鉄−ニッケル
合金・鉄−ニッケル−コバルト合金・アルミニウム・ア
ルミニウム合金等の金属材料からなり、基体１と同様の
方法によって所定の形状に形成される。

【００２９】この外部端子５は、通常、基体１と同種の
材料により形成され、基体１とは吊りリード等を介して
一体化されている。

【００３０】第１半導体素子２は、その上面に複数個の
電極パッド２ａが形成されており、これら電極パッド２
ａは第１半導体素子２の電子回路を外部端子５や後述す
る電気絶縁性基板４に設けた接続パッド４ａに接続する
際の端子として機能し、ボンディング用のワイヤ６が接
合される。

【００３１】またさらに、第１半導体素子２の上面に
は、表面に複数個の接続パッド４ａを有する電気絶縁性
基板４が配されている。

【００３２】この電気絶縁性基板４は、第１半導体素子
２上に第２半導体素子３を電気的絶縁を保って支持する
とともに、第１半導体素子２の電極パッド２ａや第２半
導体素子３の電極パッド３ａがボンディング用のワイヤ
６を介して接続される接続パッド４ａの支持部材として
機能する。

【００３３】また、電気絶縁性基板４は、酸化アルミニ
ウム質焼結体・窒化アルミニウム質焼結体・ムライト質
焼結体・炭化珪素質焼結体・窒化珪素質焼結体・ガラス
セラミックス焼結体・エポキシ樹脂・ポリイミド樹脂・
フッソ樹脂・ガラス−エポキシ樹脂複合体等の電気絶縁
材料から成る板状体であり、その内部および表面に配線
導体４ｂを有している。

【００３４】この電気絶縁性基板４は、例えば酸化アル
ミニウム質焼結体から成る場合は、酸化アルミニウム・
酸化珪素・酸化マグネシウム・酸化カルシウム等の原料
粉末に適当な有機バインダ・溶剤・可塑剤・分散材等を
添加混合して泥漿状となすとともに、これを従来周知の
ドクターブレード法を採用してシート状となすことによ
り、複数枚のセラミックグリーンシートを得、しかる
後、このセラミックグリーンシートに適当な打抜き加工
を施すとともに、タングステン・モリブデン・マンガン
・銅・銀・ニッケル・パラジウム・金等の金属材料粉末
に適当な有機バインダ・溶剤を混合して成る導電ペース
トを前記グリーンシートに予めスクリーン印刷法等によ
り所定パターンに印刷塗布することによって接続パッド
４ａおよび配線導体４ｂを形成後、このグリーンシート
を必要に応じて上下に積層し、これを約1600℃の温度で
焼成することによって製作される。

【００３５】電気絶縁性基板４の熱膨張率は、電気絶縁
性基板４の上下に積層された第１半導体素子２および第
２半導体素子３のそれぞれの熱膨張率の間の値、すなわ
ちそれぞれの熱膨張率を最大値および最小値とする範囲
の間の値に設定することが必要である。

【００３６】これに対し、電気絶縁性基板４の熱膨張率
が第１半導体素子２および第２半導体素子３のいずれの
熱膨張率よりも大きい場合には、第１半導体素子２およ
び第２半導体素子３のいずれか熱膨張率の小さい半導体
素子との間に高い熱応力が発生し、その半導体素子の破
壊やあるいは誤動作や動作不良を引き起こす恐れがあ
る。

【００３７】また、電気絶縁性基板４の熱膨張率が第１
半導体素子２および第２半導体素子３のいずれの熱膨張
率よりも小さい場合には、第１半導体素子２および第２
半導体素子３のいずれか熱膨張率の大きい半導体素子と
の間に高い熱応力が発生し、その半導体素子の破壊やあ
るいは誤動作や動作不良を引き起こす恐れがある。

【００３８】この場合は、半導体装置８を形成する形成
部材は樹脂被覆材７を除き、全て基体１の上面に形成さ
れ、その基体１上面の形成部材の熱膨張率は樹脂被覆材
７の熱膨張率より低いため、基体１の上面と下面の半導
体装置８を形成する部材の熱膨張量が異なることにな
り、その結果、樹脂被覆材７に応力が発生するが、これ
については樹脂被覆材７の弾性率を低く設定することに
よってその応力を緩和している。

【００３９】しかしながら、電気絶縁性基板４の熱膨張
率が第１半導体素子２および第２半導体素子３のいずれ
の熱膨張率よりもさらに小さい場合には、基体１の上面
と下面との熱膨張量差がさらに広がり、その結果、樹脂
被覆材７の弾性率を低減するだけでは緩和できなくなる
ような大きい応力が基体１と樹脂被覆材7との間に発生
することによって、樹脂被覆材７にクラック等が発生す
る恐れがある。

【００４０】よって、電気絶縁性基板４の熱膨張率は第
１半導体素子２と第２半導体素子３のそれぞれの熱膨張
値の間の値に設定することが必要である。

【００４１】さらに、電気絶縁性基板４の熱膨張率は、
第１半導体素子２と第２半導体素子３のそれぞれの熱膨
張値の中間の値よりも第１半導体素子２の熱膨張率によ
り近い値に設定することが好ましい。電気絶縁性基板４
の外形寸法は、電気絶縁性基板４や第１半導体素子２に
ワイヤ６を用いて第１半導体素子２および第２半導体素
子３と電気的接続を行なうための電極パッド２ａや接続
パッド４ａを形成することが必要なために第１半導体素
子２より小さく、また、第２半導体素子３より大きく形
成され、電気絶縁性基板４と接する面積は第２半導体素
子３より第１半導体素子２の方が大きい。そのため、電
気絶縁性基板４の熱膨張率を各半導体素子の熱膨張率の
中間の値とした場合に、電気絶縁性基板４と各半導体素
子２・３が接する部分の熱膨張量が大きく異なり、電気
絶縁性基板４と第１半導体素子２間により大きい応力が
発生する。この応力を小さくするためには、電気絶縁性
基板４の熱膨張率は第１半導体素子２と第２半導体素子
３のそれぞれの熱膨張値の中間の値よりも第１半導体素
子２の熱膨張率により近い値に設定することが必要であ
る。その熱膨張率値は、電気絶縁性基板４と第１半導体
素子２および第２半導体素子３のそれぞれの外形寸法か
ら設定され、例えば、同じ外形寸法の半導体素子２・３
に対して、ある大きさの外形寸法の電気絶縁性基板４を
用いる場合と、それより大きい外形寸法の電気絶縁性基
板４を用いる場合とを比較すると、上述の理由により後
者の電気絶縁性基板４の熱膨張率をさらに第１半導体素
子２の熱膨張率に近く設定することが必要である。その
熱膨張率は、第１半導体素子２と第２半導体素子３のそ
れぞれの熱膨張率の中間の値と、この値と第１半導体素
子２の熱膨張率の値との中間の値までの値に設定するこ
とが好ましい。

【００４２】なお、第１半導体素子２と第２半導体素子
３の材質が同じであり熱膨張率が同じ場合は、電気絶縁
性基板４の熱膨張率は各半導体素子２・３と同じ値にす
ることとなる。

【００４３】この電気絶縁性基板４が例えば有機樹脂で
あるエポキシ樹脂から成る場合は、マトリックスとなる
エポキシ樹脂中に酸化シリコン等の無機物から成る粒子
を充填材として混合させることによって、電気絶縁性基
板４の熱膨張率を制御することができ、その結果、熱膨
張率を電気絶縁性基板４の上下に積層された第１半導体
素子２および第２半導体素子３のそれぞれの熱膨張率の
間の値に設定することができる。

【００４４】電気絶縁性基板４は単一の材料から成るも
のに限られることはなく、例えば内部の組成を漸次変更
させたり、または近似の組成の材料を複数積層すること
によって熱膨張率等が一つの部材内で漸次変わってい
き、部材の表裏で物性が異なる材料、いわゆる傾斜材料
であってもかまわない。例えば、電気絶縁性基板４の第
１半導体素子２と接する側の熱膨張率は第１半導体素子
２と同じまたは近似となるように形成し、一方、第２半
導体素子３と接する側の熱膨張率は第２半導体素子３と
同じまたは近似となるように形成する。これによって、
電気絶縁性基板４と第１半導体素子２および第２半導体
素子３との熱膨張率差を起因とする応力の発生を抑制す
ることができる。このような傾斜材料を形成するために
は、原料の調合割合を厚み方向に漸次変える粉末合成法
や原料粉末の組成等をわずかずつ変更した複数のセラミ
ックグリーンシートを積層する方法を用いることができ
る。

【００４５】電気絶縁性基板４の厚みは、半導体装置８
のトータル厚みを考慮した場合は薄い方が好ましい。ま
た、半導体装置８を形成する形成部材は樹脂被覆材７を
除き、全て基体１の上面に形成される。そのため、樹脂
被覆材７内部の形成部材の有無による弾性が異なること
を原因とする応力が基体１と樹脂被覆材7との間に発生
し、その結果、樹脂被覆材７にクラック等が発生するお
それがある。その点からも電気絶縁性基板4は薄い方が
好ましい。

【００４６】しかしながら、必要以上に電気絶縁性基板
４の厚みを薄くした場合は、電気絶縁性基板４の内部熱
抵抗値が小さくなり、その結果、この電気絶縁性基板４
が下層の第１半導体素子２あるいは上層の第２半導体素
子３が動作する際に発生した熱の他方の半導体素子への
伝熱を効果的に遮断あるいは抑制できず、第１半導体素
子２および第２半導体素子３は自らが動作する際に発生
した熱に加えて他方の半導体素子が発生する熱の影響を
受けることになり、正常動作可能な温度を超え、その結
果、第１半導体素子２および第２半導体素子３が誤動作
あるいは機能破壊を引き起こす恐れがある。

【００４７】加えて、電気絶縁性基板４の面積を増加さ
せないためには配線導体４ｂを電気絶縁性基板４の表面
だけでなく内部に設ける必要があり、そのためには電気
絶縁性基板４のその内部を多層化させる必要があること
から、電気絶縁性基板４の厚みはある一定以上必要とな
る。その際の電気絶縁性基板４の厚みは60μｍ以上が好
ましい。

【００４８】また、電気絶縁性基板４は、第１半導体素
子２・電気絶縁性基板４および第２半導体素子３の外形
寸法をそれぞれＴ１、Ｔ２およびＴ３としたとき、Ｔ１
＞Ｔ２、Ｔ２＞Ｔ３、かつ40≧Ｔ１−Ｔ２≧1.3（ｍ
ｍ）、40≧Ｔ２−Ｔ３≧２（ｍｍ）としておくことが好
ましい。

【００４９】このように、第１半導体素子２、電気絶縁
性基板４および第２半導体素子３の外形寸法をそれぞれ
Ｔ１、Ｔ２およびＴ３としたとき、Ｔ１＞Ｔ２、Ｔ２＞
Ｔ３、かつ40≧Ｔ１−Ｔ２≧1.3（ｍｍ）、40≧Ｔ２−
Ｔ３≧２（ｍｍ）としておくと、基体１上に第１半導体
素子２・電気絶縁性基板４・第２半導体素子３を順次接
着して固定したとき、第１半導体素子２の上面の外周縁
および電気絶縁性基板４の上面の外周縁に電極パッド２
ａや接続パッド４ａを特別な設計をすることなく、また
複雑な位置配列を行なうことなく形成することができ、
かつこれら電極パッド２ａ等にワイヤ６を接合するため
のボンディング装置のキャピラリ等が入り込むのに十分
なスペースを確保することができ、これによって第１半
導体素子２および第２半導体素子３のそれぞれに電極パ
ッド２ａ・３ａを、電気絶縁性基板４に接続パッド４ａ
をそれぞれ確実に形成することが可能となるとともに、
第１半導体素子２および第２半導体素子３の電極パッド
２ａ・３ａと電気絶縁性基板４の接続パッド４ａとをワ
イヤ６を介して確実に接続することができる。

【００５０】なお、上記Ｔ１、Ｔ２およびＴ３がＴ１−
Ｔ２＜1.3（ｍｍ）またはＴ２−Ｔ３＜２（ｍｍ）とな
ると、第１半導体素子２の上面外周縁および電気絶縁性
基板４の上面外周縁に確保できるスペースが狭くなり、
第１半導体素子２に電極パッド２ａを、電気絶縁性基板
４に接続パッド４ａを形成するのが困難となるととも
に、第１半導体素子２の電極パッド２ａおよび電気絶縁
性基板４の接続パッド４ａにワイヤ６をボンディング装
置を用いて接続することが困難となってしまう傾向があ
る。

【００５１】また、上記Ｔ１、Ｔ２およびＴ３が、40＜
Ｔ１−Ｔ２（ｍｍ）または40＜Ｔ２−Ｔ３（ｍｍ）とな
ると、第１半導体素子２の上面外周縁に形成されるスペ
ースおよび電気絶縁性基板４の上面外周縁に形成される
スペースが必要以上に大きくなりすぎ、第１半導体素子
２の電極パッド２ａと電気絶縁性基板４の接続パッド４
ａとを接続するワイヤ６や、電気絶縁性基板４の接続パ
ッド４ａと第２半導体素子３の電極パッド３ａとを接続
するワイヤ６の長さが不要に長くなって、ワイヤ倒れや
ワイヤ切断が起こりやすくなり、半導体装置８の信頼性
が低下してしまう傾向がある。

【００５２】さらに、電気絶縁性基板４上に形成された
複数個の接続パッド４ａは、その一部が電気絶縁性基板
４の表面および内部に形成した配線導体４ｂに電気的に
接続されており、その配線導体４ｂは、接続パッド４ａ
にボンディング用のワイヤ６を介して接続されている第
１半導体素子２の電子回路と第２半導体素子３の電子回
路とを、または第２半導体素子３と基体１とを電気的に
接続する。

【００５３】電気絶縁性基板４の上面には第２半導体素
子３が搭載されており、この第２半導体素子３はロウ材
やガラス・有機樹脂等の接着材を介して第１半導体素子
２の上面に接着固定されている。

【００５４】第２半導体素子３は、その上面に複数個の
電極パッド３ａが形成されており、これら電極パッド３
ａは第２半導体素子３の電子回路を第１半導体素子２や
外部端子５に接続する際の端子として機能し、ボンディ
ング用のワイヤ６が接合される。

【００５５】第１半導体素子２および第２半導体素子３
の材料は、半導体素子として用いられている全ての材料
を用いることができる。半導体素子の材料は、例えばシ
リコン・ゲルマニウム等や化合物半導体であるガリウム
砒素・インジウムリン・ゲルマニウムシリコン・窒化ガ
リウム等があり、これらの半導体素子の熱膨張率はそれ
ぞれ異なるが、電気絶縁性基板４の熱膨張率を電気絶縁
性基板４の上下に積層された第１半導体素子２および第
２半導体素子３のそれぞれの熱膨張率の間の値に設定す
ることにより、これらの半導体素子を全て用いることが
できる。

【００５６】本発明においては、基体１上に第１半導体
素子２と電気絶縁性基板４と第２半導体素子３とを上下
に積層しておくことが重要である。基体１の上面に第１
半導体素子２と電気絶縁性基板４と第２半導体素子３を
順次積層すると、半導体装置８の平面面積を増加させる
ことなく半導体装置８における電子回路の高密度化・高
集積化を図ることができる。

【００５７】また同時に、基体１の同一面に２個の半導
体素子２・３が接着固定されているため、基体１に半導
体素子２・３を接着固定する際、あるいは各半導体素子
２・３の電極パッド２ａ・３ａを外部端子５等にワイヤ
６を介して電気的に接続する際等において、基体１をそ
のつど裏返す必要が全くなく、その結果、基体１を保持
するのに汎用性のない特殊な冶具の使用が不要となると
ともに、外部端子５等と各半導体素子２・３の電極パッ
ド２ａ・３ａとを接続するワイヤ６に外れや切断が生じ
ることはほとんどなくなり、製品としての半導体装置８
の信頼性および歩留まり・生産性を大きく向上させるこ
とができる。

【００５８】さらに、本発明においては、第１半導体素
子２と第２半導体素子３との間に電気絶縁性基板４を配
しておくことが重要である。第１半導体素子２と第２半
導体素子３との間に電気絶縁性基板４を配しておくと、
この電気絶縁性基板４には表面に複数個の接続パッド４
ａが、また内部および表面に接続パッド４ａ同士を接続
する配線導体４ｂが形成されているだけで、接続パッド
４ａの形成位置に自由度があることから、接続パッド４
ａを第１半導体素子２および第２半導体素子３の電極パ
ッド２ａ・３ａに近接する任意の場所に形成することが
でき、その結果、第１半導体素子２の電極パッド２ａお
よび第２半導体素子３の電極パッド３ａと電気絶縁性基
板４の接続パッド４ａとを、また電気絶縁性基板４の接
続パッド４ａと外部端子５等とをワイヤ６を介して接続
した際に、ワイヤ６は短くて、変形し難いものとなり、
ワイヤ６に外力が作用してもワイヤ６は容易に倒れるこ
とがなく、隣接するワイヤ６同士の接触に起因する第１
半導体素子２および第２半導体素子３の各電極パッド２
ａ・３ａ間の電気的短絡が有効に防止され、これによっ
て第１半導体素子２および第２半導体素子３を長期間に
わたり正常かつ安定に動作させることが可能になり、半
導体装置８を高信頼性のものとなすことができる。

【００５９】外部端子５の一部と、基体１と、この基体
１上に固定されている第１半導体素子２・電気絶縁性基
板４および第２半導体素子３とは、樹脂被覆材７で被覆
されており、この樹脂被覆材７によって第１半導体素子
２および第２半導体素子３が封止されている。

【００６０】樹脂被覆材７は、エポキシ樹脂・シリコー
ン樹脂・ポリアミド樹脂・ポリイミド樹脂等の樹脂、ま
たはこれらの樹脂に適当な充填材を混合したものが用い
られる。例えば、熱硬化性のエポキシ樹脂から成る場合
であれば、所定の金型内に外部端子５と、上面に第１半
導体素子２、電気絶縁性基板４および第２半導体素子３
が順次積層されている基体１とをセットするとともに金
型内にエポキシ樹脂等の液状樹脂を注入し、しかる後、
注入した樹脂に180℃程度の温度を加えて熱硬化させる
ことによって、外部端子５の一部と、基体１と、この基
体１上に固定されている第１半導体素子２・電気絶縁性
基板４および第２半導体素子３との表面に被着される。

【００６１】また樹脂被覆材７には、熱膨張率を低減さ
せるため無機物の粒子が添加される。このような無機物
の粒子としては、例えば、酸化珪素・酸化アルミニウム
・窒化珪素・窒化アルミニウム等を用いることができ、
その添加量は１ｗｔ％から90ｗｔ％の割合で添加するこ
とが望ましい。

【００６２】また特に、熱伝導率が高い無機物粒子を用
いると樹脂被覆材７の熱伝導率が高くなり、熱を伝導し
やすいものとなって第１半導体素子２および第２半導体
素子２が動作時に発する熱を樹脂被覆材７を介して大気
中に良好に放散することができ、半導体装置８の信頼性
をより一層良好とすることができる。

【００６３】かくして上述の半導体装置８は、外部端子
５の外部導出端部を外部電気回路基板の配線導体に半田
等の接合材を介し接合することによって外部電気回路基
板上に実装され、同時に第１半導体素子２および第２半
導体素子３の各電極パッド２ａ・３ａが外部端子５を介
して外部電気回路に電気的に接続されるようになってい
る。

【００６４】なお、本発明は上述の実施の形態の例に限
定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲
であれば種々の変更は可能である。上述の例において第
１半導体素子２および第２半導体素子３は、それぞれが
メモリー素子等の同種の機能を有する半導体素子であっ
ても、また制御素子とメモリー素子等、異種の機能を有
する半導体素子であってもよい。

【００６５】また電気絶縁性基板４は、第１半導体素子
２および第２半導体素子３の機能や性能あるいは半導体
装置８の用途等に応じて各半導体素子２・３が良好に動
作できる最適な材質を選択すればよく、例えば、信号を
高速伝達させるために電気絶縁性基板４の誘電率を低く
抑えたい場合にはガラスセラミックス焼結体や低誘電率
樹脂を使用すればよく、半導体装置の機械的強度を重視
する場合には酸化アルミニウム質焼結体を使用すればよ
い。

【００６６】

【発明の効果】以上のように、本発明の半導体装置によ
れば、基体上に第１半導体素子および第２半導体素子の
２個の半導体素子を、間に電気絶縁性基板を介在させて
上下に積層するとともに、第１半導体素子の上面および
第２半導体素子の上面の電極パッドと電気絶縁性基板の
上面に設けた接続パッドとを電気的に接続していること
から、半導体装置の平面面積を増加させることなく半導
体装置における電子回路の高密度化・高集積化を図るこ
とができる。

【００６７】また、本発明の半導体装置によれば、基体
の同一面に２個の半導体素子が接着固定されているた
め、基体に半導体素子を接着固定する際、あるいは各半
導体素子の電極パッドを外部端子等にワイヤを介して電
気的に接続する際等において、基体をそのつど裏返す必
要は全くなく、その結果、基体を保持するのに汎用性の
ない特殊な冶具の使用が不要となるとともに外部端子等
と各半導体素子の電極パッドとを接続するワイヤに外れ
や切断が生じることはほとんどなくなり、製品としての
半導体装置の信頼性および歩留まり・生産性を大きく向
上させることができる。

【００６８】さらに、本発明の半導体装置によれば、上
下に位置する半導体素子間に接続パッドの形成位置が任
意の電気絶縁性基板を配したことから、電気絶縁性基板
の接続パッドの形成位置を半導体素子の電極パッドの形
成位置や外部端子の位置に対応させて形成しておくこと
によって半導体素子の電極パッドおよび外部端子と電気
絶縁性基板の接続パッドとを近距離となすことができ、
その結果、半導体素子の電極パッドと電気絶縁性基板の
接続パッドとを、また電気絶縁性基板の接続パッドと外
部端子等とをワイヤを介して接続した際、複数のワイヤ
が交差することがなく、またそのワイヤは短くて、変形
し難いものとなり、ワイヤに外力が作用してもワイヤは
容易に倒れることがなく、隣接するワイヤ同士の接触に
起因する半導体素子の電極パッド間の電気的短絡が有効
に防止され、これによって、半導体素子が長期間にわた
り正常かつ安定に動作させることが可能になることか
ら、半導体装置を高信頼性のものとなすことができる。

【００６９】また、本発明の半導体装置によれば、電気
絶縁性基板の熱膨張率を電気絶縁性基板の上下に積層さ
れた第１半導体素子および第２半導体素子のそれぞれの
熱膨張率の間の値に設定したことから、電気絶縁性基板
と第１半導体素子および第２半導体素子との熱膨張率差
が小さくなることに伴ってそれらの熱による変位量差が
小さくなり、その結果、この電気絶縁性基板が、電気絶
縁性基板の上下に積層して接着固定された各半導体素子
の熱膨張率の差を起因とする、半導体素子の剥離あるい
は半導体素子の誤動作や破壊を引き起こす熱応力を効果
的に低減でき、その結果、長期にわたり正常かつ安定に
動作する小型・高信頼性の半導体装置を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体装置の実施の形態の一例を示す
断面図である。

【図２】従来の半導体装置の一例を示す断面図である。

【図３】従来の半導体装置の他の例を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１・・・・・・基体 ２・・・・・・第１半導体素子 ３・・・・・・第２半導体素子 ２ａ、３ａ・・電極パッド ４・・・・・・電気絶縁性基板 ４ａ・・・・・接続パッド ４ｂ・・・・・配線導体 ５・・・・・・外部端子 ６・・・・・・ワイヤ ７・・・・・・樹脂被覆材 ８・・・・・・半導体装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外部端子と、基体と、該基体上に配さ
   れ、上面に複数個の電極パッドを有する第１半導体素子
   と、該第１半導体素子上に配され、表面に複数個の接続
   パッドを有する電気絶縁性基板と、該電気絶縁性基板上
   に配され、上面に複数個の電極パッドを有する第２半導
   体素子と、前記第１半導体素子および第２半導体素子の
   電極パッドと前記外部端子と前記接続パッドとを電気的
   に接続するワイヤと、前記第１半導体素子および第２半
   導体素子を被覆する樹脂被覆材とから成る半導体装置で
   あって、前記電気絶縁性基板の熱膨張率が前記第１半導
   体素子および第２半導体素子のそれぞれの熱膨張率の間
   の値であることを特徴とする半導体装置。