JP2003068974A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
導体装置に関し、小型化・軽量化を図りつつ、かつ電気
的特性の向上を図ることを課題とする。 【解決手段】 第1及び第2の半導体素子22,23
と、ハンダボール26と、第1及び第2の半導体素子2
2,23とハンダボール26とを接続する基板24とを
有し、各半導体素子22,23の表面にメタル層37,
38を形成すると共に、半導体素子22,23の電極パ
ッド内の電源用パッド33とメタル層37,38とを電
気的に接続した構成とする。
Description
特に高速化及び高機能化に対応し得る半導体装置に関す
る。
小型化の要求に伴い、それらに搭載される半導体装置の
小型化・軽量化も要求されてきた。この要求を満たすた
めに、内蔵される半導体素子とほぼ同じ大きさの半導体
装置であるCSP(Chip Size / Scale Package)や、複数
の半導体素子を1パッケージ内に積層するChip on Chip
構造のMCP(Multi Chip Package)型半導体装置が開発さ
れている。
伴い、半導体素子間をパッケージ内で単純に接続するだ
けでは必要な特性を得ることが困難になってきている。
特に、アナログ素子とデジタル素子を混載するMCPにお
いては、近年のデジタル素子の低電圧化により(素子の
微細化)、アナログ素子のダイナミックレンジ、線形性
が劣化するなどの特性上の問題点が発生する。よって、
これらの問題点を解決しうる半導体装置の実現が望まれ
ている。
示している。同図に示す半導体装置1は、第1の半導体
素子2と第2の半導体素子3を一つのモールドレジン5
内に積層した、Chip on Chip構造のMCP型半導体装置で
ある。
導体素子2,第2の半導体素子3,基板4,モールドレ
ジン5,及び半田ボール6等により構成されている。第
1の半導体素子2はアナログ素子であり、また第2の半
導体素子3はデジタル素子である。
形成されており、このバンプ7は基板4に形成されたバ
ンプ用パッド10にフリップチップ接合している。ま
た、第2の半導体素子3に形成された電極パッド(図示
に現れず)と基板4に形成されたワイヤ用パッド9との
間は、ワイヤ8により接続されている。
あり、基板4の半導体素子搭載面と反対側面に形成され
たボール用ランド11に配設されている。このボール用
ランド11は、基板4に形成された配線12(図2参
照),スルーホール等によりワイヤ用パッド9,バンプ
用パッド10に接続されている。よって、基板4は、第
1及び第2の半導体素子2,3と半田ボール6とを電気
的に接続するインターポーザとして機能する。
搭載面に形成され、第1及び第2の半導体素子2,3、
ワイヤ8、ワイヤ用パッド9等を封止することにより、
これらを保護する。
の小型化・軽量化及び高速化、高機能化に伴い、基板4
に形成される配線12の配線ピッチは狭ピッチ化する傾
向にある。特に、半導体素子2,3を積層した構成で
は、更にこの狭ピッチ化の傾向は顕著となる。
た図面である。尚、図2において、図示及び説明の便宜
上からバンプ用パッド10の図示は省略している。同図
に示すように、ワイヤ8がボンディングされるワイヤ用
パッド9は、半導体素子2,3の搭載位置の外側(即
ち、基板4の外周近傍)に配設されている。また、ボー
ル用ランド11は半導体素子2,3の搭載位置の下部に
も設けられているため、ワイヤ用パッド9とボール用ラ
ンド11との間は配線12により接続されている。尚、
ボール用ランド11と配線12は、図示しないスルーホ
ールにより電気的に接続されている。
用として用いられるワイヤ用パッド(図中梨地を付して
示す。以下、これを電源用パッド9aという)に注目す
る。同図に示す例では、4個の電源用パッド9aが設け
られており、また各電源用パッド9aに電源供給するた
めのボール用ランド11(以下、これを電源用ランド1
1aという)は基板4に1個のみ配設されている。よっ
て、従来の半導体装置1では、4個の電源用パッド9a
をそれぞれ基板4上に形成した電源用配線12aにより
電源用ランド11aと接続する必要がある。
量化及び高速化、高機能化に伴い、基板4に形成される
配線12及びボール用ランド11の配設ピッチが狭ピッ
チ化すると、電源用配線12aの線幅を太く確保できな
いことにより、電源用配線12aのインピーダンス及び
インダクタンスが増大し、半導体装置1の電気特性が低
下してしまうという問題点があった。この問題点は、第
1及び第2の半導体素子2,3の駆動周波数が高くなる
ほど大きな問題となる。
数の制限がある。即ち、一対の半田ボール6間には3本
までの配線しか配設できない等の設計ルールがあり、こ
れにより基板4上で電源用配線12aの引き回し自体が
できない場合も生じる。図2において、破線で示す電源
用配線12bは、この場合の配線を示している。このよ
うな場合には電源供給を適正に行なうことができず、ま
た電源接続するためには端子レイアウトを変更する必要
が生じてしまう。
層積層配線基板として層間配線で引き回しを行なう構成
も考えられる。しかしながら、この構成では基板4のコ
ストが上昇してしまう。更に、基板4が厚くなり、半導
体装置1の小型化・低背化の要求に反してしまう。
あり、小型化・軽量化を図りつつ、かつ電気的特性の向
上を図り得る半導体装置を提供することを目的とする。
めに本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴
とするものである。
部接続端子と、前記半導体素子の電極パッドと前記外部
接続端子とを接続するインターポーザとを具備する半導
体装置において、前記半導体素子の表面にメタル層を形
成すると共に、前記電極パッド内の電源用パッドと前記
メタル層とを電気的に接続したことを特徴とするもので
ある。
内に複数積層された半導体素子と、外部接続端子と、前
記半導体素子の電極パッドと前記外部接続端子とを接続
するインターポーザとを具備する半導体装置において、
少なくとも一つの前記半導体素子の表面にメタル層を形
成すると共に、前記電極パッド内の電源用パッドと前記
メタル層とを電気的に接続したことを特徴とするもので
ある。
よれば、半導体素子上にメタル層を形成すると共に、半
導体素子に形成されている電源用パッドと電気的に接続
する。これにより、メタル層を電源配線として用いるこ
とが可能となる。また、メタル層は半導体素子上に形成
されるため、その面積及びパターンを自由に選定するこ
とができる。よって、メタル層(電源配線)を広く形成
することによりインピーダンス,インダクタンスを低減
することが可能となり、電源のいわゆる揺らぎの発生を
抑制でき、半導体素子の動作の安定化を図ることができ
る。
たは2記載の半導体装置において、前記メタル層は、前
記電源用パッド以外の電極パッドとは絶縁されているこ
とを特徴とするものである。
電極パッドとメタル層は絶縁されているため、メタル層
が電源用パッド以外の電極パッドと短絡するようなこと
はない。
至3のいずれか1項に記載の半導体装置において、前記
メタル層は、少なくとも前記半導体素子の表面積に対
し、その半分以上の面積を有するよう形成されているこ
とを特徴とするものである。
体素子の表面積の半分以上、半導体素子の全表面積以下
となるため、半導体素子上に形成される通常の配線パタ
ーンに対して低インピーダンス,低インダクタンスとす
ることができる。
至4のいずれか1項に記載の半導体装置において、一の
半導体素子の前記メタル層上に、前記インターポーザ或
いは他の前記半導体素子と接続することにより、前記一
の半導体素子を支持する補強用パッドを形成したことを
特徴とするものである。
たことにより、半導体装置の低背化のために半導体素子
を薄くしても、これを確実にインターポーザ上或いは他
の半導体素子上に支持させることができる。また、補強
用パッドはメタル層(電源配線)上に形成されているた
め、補強用パッドは電源配線の電極としても用いること
ができる。この際、補強用パッドは広い面積を有したメ
タル層に形成されるため、その配設位置に対する自由度
が高く、よって半導体素子の支持に適した位置、或いは
電源電極を配置したい位置に補強用パッドを設けること
ができる。
て図面と共に説明する。
半導体装置20Aを示している。図3は半導体装置20
Aの断面図であり、図4はモールドレジン25を取り除
いた状態の半導体装置20Aの平面図である。
(本実施例の場合には2個)の半導体素子22,23を
一つのモールドレジン25内に積層した、Chip on Chip
構造のMCP型半導体装置である。この半導体装置20A
は、大略すると第1の半導体素子22,第2の半導体素
子23,基板24,モールドレジン25,半田ボール2
6、及び第1及び第2のメタル層37,38等により構
成されている。
ナログ素子とし、第2の半導体素子23はデジタル素子
としている。即ち、本実施例に係る半導体装置20A
は、アナログ素子とデジタル素子を混載した構成とされ
ている。
バンプ27が形成されており、このバンプ27は基板2
4に形成されたバンプ用パッド30にフリップチップ接
合されている。この第1の半導体素子22と基板24と
の離間部分には、第1の半導体素子22と基板24との
熱膨張差に起因したバンプ27の剥離を防止する目的等
により、アンダーフィル材35が配設されている。尚、
バンプ27としては、半田バンプ或いはスタッドバンプ
等を用いることが可能である。
体素子22の上部に、ダイボンディング材34を用いて
搭載されている。この第2の半導体素子23に形成され
た素子電極パッド33(図4参照)は、基板24に形成
されたワイヤ用パッド29(29a)とワイヤ28によ
り接続されている。
グ素子である第1の半導体素子22を下部に配置し、上
部にデジタル素子である第2の半導体素子23を配設し
たのは、下部位置する第1の半導体素子22はバンプ2
7により基板24と電気的に接続されるため、ワイヤ2
8に対して電気抵抗を低くすることができ、よって第1
の半導体素子22の動作の安定化を図ることができるた
めである。
であり、基板24の半導体素子搭載面と反対側面に形成
されたボール用ランド31に配設されている。このボー
ル用ランド31は、基板24に形成された配線及びスル
ーホール等(図示せず)によりワイヤ用パッド29,バ
ンプ用パッド30に接続されている。
り形成されている。尚、基板24はガラスーエポキシ製
基板に限定されるものではなく、フレキシブル基板、セ
ラミック基板等の他の基板を用いることも可能である。
この基板24は、第1及び第2の半導体素子22,23
と半田ボール26とを電気的に接続するインターポーザ
として機能する。
半導体素子搭載面に形成される。このモールドレジン2
5は、第1及び第2の半導体素子22,23、ワイヤ2
8、ワイヤ用パッド29等を封止することによりこれら
を保護する機能を奏する。
23の回路形成面に注目する。第1の半導体素子22
は、フェイスダウンにより基板24にフリップチップ接
合されているため、回路形成面は図3における下面とな
る。また、第2の半導体素子23はフェイスアップで第
1ワイヤ28をワイヤボンディングされるため、回路形
成面は図3における上面となる。
は第1のメタル層37が形成され、また第2の半導体素
子23の回路形成面には第2のメタル層38が形成され
ている。この第1及び第2のメタル層37,38は、い
ずれも導電性の高い金属材料により形成されている。本
実施例では、メタル層37,38として銅膜により構成
されている。尚、メタル層37,38の材料は銅に限定
されものではなく、アルミニウム等の導電性の高い他の
金属材料を用いる構成としてもよい。
のメタル層38を第2の半導体素子23の回路面の略全
面に形成されている(第2のメタル層38を梨地で示し
ている)。また、図示されないが、第1のメタル層37
も第1の半導体素子22の回路面の略全面に形成されて
いる。
の回路形成面には素子電極パッド33及び電源用素子電
極パッド33aが形成されている。素子電極パッド33
は信号用のパッドであり、電源用素子電極パッド33a
は第2の半導体素子23に対して電源供給を行なうため
のパッドである。
3が形成される位置には、第2のメタル層38に開口部
39を形成し、素子電極パッド33と第2のメタル層3
8が絶縁された構成とされている。これに対し、電源供
給を行なうための電源用素子電極パッド33aは、第2
のメタル層38と電気的に接続された構成とされてい
る。
極パッド33a以外の素子電極パッド33と第2のメタ
ル層38は絶縁されるため、第2のメタル層38が素子
電極パッド33と短絡し、第2の半導体素子23に対す
る信号の授受に支障が生じるようなことはない。また、
第2のメタル層38は電源用素子電極パッド33aと電
気的に接続されるため、第2のメタル層38と電源用素
子電極パッド33aとは同電位となる。
源用パッド29aはワイヤ28により接続され、また電
源用パッド29aは半導体装置20Aが実装される実装
基板の電源端子に接続される半田ボール26に接続され
ている。よって、第2のメタル層38は、電源電位(Vc
c)となる。
に形成された第1のメタル層37も、上記した第2のメ
タル層38と同一の構成とされている。即ち、第1のメ
タル層37は開口部が形成されることにより、第1の半
導体素子22の素子電極パッドと絶縁された構成とされ
ている。
素子22の電源用素子電極パッドと接続されており、よ
って第1のメタル層37と電源用素子電極パッドとは同
電位となる。更に、第1のメタル層37と基板24の電
源用パッドはバンプ27により接続され、また電源用パ
ッドは実装基板の電源端子に接続される半田ボール26
に接続されているため、第1のメタル層37も電源電位
(Vcc)となる。
20Aは、半導体素子22,23上にメタル層37,3
8を形成すると共に、半導体素子22,23に形成され
ている電源用素子電極パッド33aと電気的に接続した
構成としている。この構成とすることにより、メタル層
37,38を電源配線として用いることが可能となる。
また、メタル層37,38は半導体素子22,23の回
路形成面上に形成されるため、その面積及びパターンを
自由に選定することができる。よって、電源配線として
も機能するメタル層37,38の面積を広くすることも
容易にでき、インピーダンス,インダクタンスを低減す
ることができる。これにより、電源のいわゆる揺らぎの
発生を抑制することが可能となり、半導体装置20Aの
動作の安定化を図ることができる。
7,38を各半導体素子22,23の回路形成面の略全
面に形成した構成を示したが、メタル層37,38は必
ずしも全面に形成する必要はない。半導体素子22,2
3の全面にメタル層37,38を形成すると、半導体装
置20Aを実装基板に実装するリフロー時に、半導体素
子20Aの表面とメタル層37,38との間で剥離が発
生するおそれがある。このような場合、メタル面積を少
なくするか、或いはメッシュパターンにする等で対応す
ることが可能である。
するとこれに伴いインピーダンス,インダクタンスは上
昇し電気的な特性が低下する。そこで、メタル層37,
38の面積は、少なくとも半導体素子22,23の表面
積に対し、その半分以上の面積を有するよう形成する必
要がある。即ち、メタル層37,38の面積は、半導体
素子22,23の表面積の半分以上、半導体素子22,
23の全表面積以下とする必要がある。これにより、半
導体素子22,23上に形成される通常の配線パターン
に対し、低インピーダンス,低インダクタンスとするこ
とができ、電源特性の向上を図ることができる。
の回路面が比較的広い面積を有したメタル層37,38
で覆われるため、このメタル層37,38がシールド膜
としても機能する。よって、半導体装置20Aに電磁的
な外乱が侵入しても、これはメタル層37,38で遮断
されるため、半導体素子22,23の安定した動作を担
保することができる。
する。図5及び図6は、第2実施例である半導体装置2
0Bを示している。図5は半導体装置20Bの断面図で
あり、図6は半導体装置20Bを構成する基板24の平
面図である。尚、図5及び図6において、先に図3及び
図4を用いて説明した第1実施例である半導体装置20
Aと同一構成については、同一符号を付してその説明を
省略する。また、図6ではバンプ用パッド30の図示は
省略している本実施例は、基板24と対向する第1の半
導体素子22の第1のメタル層37に、補強用バンプ4
0を形成したことを特徴とするものである。この補強用
バンプ40は、他のバンプ27と同様に半田バンプ或い
はスタッドバンプにより構成されている。
置とは異なる位置に配設されている。具体的には、第1
の半導体素子22は平面視した状態で長方形形状とされ
ているが、バンプ27はその短辺に沿って配設されてい
るが、補強用バンプ40は長辺に沿って形成されてい
る。このため基板24においても、補強用バンプ40が
接続される補強用パッド30aは、図6に示されるよう
に長辺側に沿って形成されている。
素子22に設けられた第1のメタル層37上に形成され
ている。即ち、第1のメタル層37と補強用バンプ40
は電気的に接続された構成とされている。
源配線としても機能する構成とされている。従って、補
強用バンプ40は、この電源配線として機能する第1の
メタル層37の基板24と接続する接続端子として機能
する。
により、基板24に電源用の配線32を形成する際の自
由度を向上させることができる。具体的には、図6に示
すように電源用ランド31aから複数の電源用パッド2
9a,29bに配線を引き回そうとした場合、電源用パ
ッド29aと電源用ランド31aは配線32で接続でき
るが、電源用パッド29bについては電源用ランド31
aから離間しているため、他の配線(図示せず)及びボ
ール用ランド31の関係もあり、直接配線32を形成す
ることができない。
用パッド29bに対向する位置に補強用バンプ40を形
成すると共に、この補強用バンプ40を電源用パッド2
9bに接続し、かつ他の電源用パッド29aにも第1の
メタル層37に設けられた補強用バンプ40を接続する
ことにより、電源用パッド29bは電源用ランド31a
と第1のメタル層37を介して接続することが可能とな
る。よって、補強用バンプ40を設けることにより、基
板24に電源用の配線32を形成する際の設計の自由度
を向上させることが可能となる。
した第1のメタル層37に形成されるため、その配設位
置に対する自由度が高く、よって各半導体素子22,2
3の支持に適した位置、或いは電源電極を配置したい位
置に補強用バンプ40を設けることができる。
ップチップ接合されるため、電気特性の観点とは別に、
バランスよく補強用バンプ40を形成することにより、
補強用バンプ40は第1の半導体素子22を支持する機
能を奏し、第1の半導体素子22の基板24に対する実
装性を高めることが可能となる。
のために半導体素子22,23を薄くしても、これを確
実に基板24上に支持させることができる。尚、この機
能のみで補強用バンプ40を用いる場合には、基板24
の補強用パッド30aは、必ずしもハンダボール26と
接続されていている必要はない。
の第3乃至第7実施例について説明する。尚、図7乃至
図11において、図3乃至図6に図示された構成と同一
構成については、同一符号を付してその説明を省略する
ものとする。
装置20Cを示している。前記した第1及び第2実施例
に係る半導体装置20A,20Bでは、第1の半導体素
子22を基板24にバンプ27等を用いてフリップチッ
プ接合し、第2の半導体素子23を基板24にワイヤ2
8を用いてワイヤ接続した構成とした。
素子23を基板24に第1ワイヤ28を用いてワイヤ接
続する構成は同一であるが、第1の半導体素子22を基
板24に接続する手段としても第2ワイヤ36を用い、
ワイヤ接続したことを特徴とするものである。
例のように、配線長の短いフリップチップ接合を用いた
方が有利ではあるが、搭載する半導体素子22,23の
組み合わせによっては、ワイヤボンディング接合でも電
気特性上問題ないケースも考えられる。コストや組立性
などを考慮して、ワイヤボンディング接合でも問題ない
場合は、本実施例の適用が有利である。
装置20Dを示している。本実施例に係る半導体装置2
0Dは、半導体素子22,23間を直接第1ワイヤ28
及び第2ワイヤ36でワイヤボンディング接合したこと
を特徴とするものである。この構成の半導体装置20D
では、第1の半導体素子22と第2の半導体素子23の
電源が直接接続されるため、2つの半導体素子22,2
3間での電源の揺らぎを抑制することができる。
装置20Eを示している。本実施例に係る半導体装置2
0Eは、第1の半導体素子22を基板24に第1ワイヤ
28を用いてワイヤ接続すると共に、第2の半導体素子
23を第1の半導体素子22にバンプ41を用いてフリ
ップチップ接合したことを特徴とするものである。本実
施例によれば、第1の半導体素子22と第2の半導体素
子23の接続距離を短くすることができるため、2つの
半導体素子22,23間での電源の揺らぎを抑制するこ
とができる。
及び第7実施例である半導体装置20F,20Gを示し
ている。前記した各実施例に係る半導体装置20A〜2
0Eは、第1及び第2の半導体装置22,23を積層し
た、いわゆるスタッグタイプの装置を例に挙げて説明し
た。しかしながら、本発明の適用はスタッグタイプの装
置に限定されるものではなく、1個の半導体素子22の
みを配設した半導体装置にも適用することができるもの
である。
メタル層37を有した半導体素子22を基板24に対し
バンプ27を用いてフリップチップ接合した構成のもの
である。また、図11に示す半導体装置20Gは、第1
のメタル層37を有した半導体素子22を基板24に対
しワイヤ28を用いてワイヤ接合した構成のものであ
る。このように、半導体素子の配設数に拘束されること
なく、本願発明を適用することが可能である。
種々の効果を実現することができる。
ば、メタル層を電源配線として用いることができると共
に、メタル層は半導体素子上に形成されるためその面積
及びパターンを自由に選定することができる。このた
め、メタル層のインピーダンス,インダクタンスを低減
することが可能となり、電源のいわゆる揺らぎの発生を
抑制でき、半導体素子の動作の安定化を図ることができ
る。
用パッド以外の電極パッドとメタル層は絶縁されている
ため、メタル層が電源用パッド以外の電極パッドと短絡
することを防止でき、半導体装置の信頼性を向上させる
ことができる。
ル層の面積は半導体素子の表面積の半分以上、半導体素
子の全表面積以下となるため、半導体素子上に形成され
る通常の配線パターンに対して低インピーダンス,低イ
ンダクタンスとすることができ、電源の安定化を図るこ
とができる。
用パッドを形成したことにより、半導体装置の低背化の
ために半導体素子を薄くしても、これを確実にインター
ポーザ上或いは他の半導体素子上に支持させることがで
きる。また、補強用パッドはメタル層(電源配線)上に
形成されているため、補強用パッドは電源配線の電極と
しても用いることができる。この際、補強用パッドは広
い面積を有したメタル層に形成されるため、その配設位
置に対する自由度が高く、よって半導体素子の支持に適
した位置、或いは電源電極を配置したい位置に補強用パ
ッドを設けることができる。
を示す平面図である。
である。
ドレジンを取り除いた状態の平面図である。
である。
れる基板を示す平面図である。
である。
である。
である。
図である。
図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 半導体素子と、 外部接続端子と、 前記半導体素子の電極パッドと、前記外部接続端子とを
接続するインターポーザとを具備する半導体装置におい
て、 前記半導体素子の表面にメタル層を形成すると共に、前
記電極パッド内の電源用パッドと前記メタル層とを電気
的に接続したことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項2】 パッケージ内に複数積層された半導体素
子と、 外部接続端子と、 前記半導体素子の電極パッドと、前記外部接続端子とを
接続するインターポーザとを具備する半導体装置におい
て、 少なくとも一つの前記半導体素子の表面にメタル層を形
成すると共に、前記電極パッド内の電源用パッドと前記
メタル層とを電気的に接続したことを特徴とする半導体
装置。 - 【請求項3】 請求項1または2記載の半導体装置にお
いて、 前記メタル層は、前記電源用パッド以外の電極パッドと
は絶縁されていることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項4】 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の
半導体装置において、 前記メタル層は、少なくとも前記半導体素子の表面積に
対し、その半分以上の面積を有するよう形成されている
ことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項5】 請求項2乃至4のいずれか1項に記載の
半導体装置において、 一の半導体素子の前記メタル層上に、前記インターポー
ザ或いは他の前記半導体素子と接続することにより、前
記一の半導体素子を支持する補強用パッドを形成したこ
とを特徴とする半導体装置。
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