JP2004221615A

JP2004221615A - 半導体装置

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Publication number: JP2004221615A
Application number: JP2004108784A
Authority: JP
Inventors: Yasufumi Uchida; 康文内田
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 2004-04-01
Filing date: 2004-04-01
Publication date: 2004-08-05
Anticipated expiration: 2022-04-05
Also published as: JP3848333B2

Abstract

【課題】樹脂を注入する際の体積バランスが悪く、樹脂で封止する際に、上面に設けられたチップの上面若しくはダイパッドの下面に樹脂が正しく形成されず露出する。
【解決手段】第１面１００ａと第２面１００ｂを有する基板１００と、第１面１００ａ上に設けられるチップ１１０と、第２面１００ｂ上に設けられるチップ１２０と、インナーリード１４１とアウターリード１４２とにより構成されるリード１４０と、チップ１１０上に形成される第１の封止部材と第１の封止部材と同じ厚みを有しチップ１２０上に形成される第２の封止部材とにより構成される封止部材１８０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置に関し、特に、複数のチップを積層するマルチチップパッケージに関するものである。

特開２００１−７２７７の図１は、従来のマルチチップパッケージ（ＭＣＰ）を開示している。従来のマルチチップパッケージは、開口部が設けられたダイパッドを有している。ダイパッドの上面には、信号位置変換部が設けられている。信号位置変換部の上面及び下面にはチップが搭載され、下面に搭載されたチップは、ダイパッド部に設けられた開口部に収納されている。そして、従来のマルチチップパッケージは、リードの一部（以下、インナーリードと言う）と上記すべての部材とを樹脂で封止している。
特開２００１―７２７７号公報

しかしながら、従来のマルチチップパッケージでは、インナーリードとダイパッドは、搭載される基板に対して、ほぼ同じ高さを有している。よって、従来のマルチチップパッケージは、信号位置変換部の上面に設けられたチップ上に形成された封止樹脂の厚さと、ダイパッドの下面に形成された封止樹脂の厚さが異なっている。そのため、従来のマルチチップパッケージは、樹脂を注入する際の体積バランスが悪く、樹脂で封止する際に、信号位置変換部の上面に設けられたチップの上面若しくはダイパッドの下面に樹脂が正しく形成されず、露出してしまう場合がある。

また、従来のマルチチップパッケージでは、信号位置変換部の上面に設けられたチップ上に形成された封止樹脂の厚さと、ダイパッドの下面に形成された封止樹脂の厚さを同じにするために、ダイパッドをインナーリードより下方へ位置するように段差を形成している。なお、今後、信号位置変換部の上面に設けられたチップ上にさらにチップを積層した場合、インナーリードとダイパッドとを結ぶリードの傾きは、大きくなる。そのため、インナーリードとダイパッドとを結ぶリードの距離は長くなる。よって、そのリードの距離が長ければ長いほど、組立工程の振動などにより、その部分のリードは変形し易くなる可能性がある。また、上記のようなリードフレームを大量に生産した場合、各リードフレームごとのばらつきが生じる可能性がある。

さらに、従来のマルチチップパッケージでは、ダイパッドに設けられた開口部部にチップを収納している。よって、樹脂で封止する際、開口部内に正しく樹脂が注入されず、ボイドが形成される可能性がある。そのため、クラックを生じ、不良品が増加し、歩留が落ちる可能性がある。

本発明は、上記課題を解決し、歩留の良い半導体装置を提供することを目的とする。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。

すなわち、本発明の半導体装置は、複数のリード上にわたって設けられ複数のリードと電気的に接続される基板と、基板の第１の面に設けられ基板と電気的に接続される第１のチップと、基板の第２の面に設けられ基板と電気的に接続される第２のチップと、少なくとも基板と第１及び第２のチップとを覆う樹脂とにより構成される。

上記の手段によれば、歩留の良い半導体装置を提供することができる。

本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下のとおりである。本発明の半導体装置は、歩留の良い半導体装置を提供することすることができる。

以下、本発明の実施の形態の半導体装置を図面に基づいて詳細に説明する。

（第１の実施の形態）以下、図面を用いて、本発明の第１の実施の形態の半導体装置を詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施の形態の半導体装置の構造を示す部分断面図であり、図２は図１の半導体装置をＡ方向から見た平面図であり、図３は図１の半導体装置をＢ方向から見た平面図である。なお、図１は、図２及び図３の半導体装置をＣ−Ｃ線で切った断面図である。

初めに、図１を用いて、本発明の第１の実施の形態の半導体装置の構成について説明する。本発明の第１の実施の形態の半導体装置は、多層配線基板（基板）１００と、半導体チップ（第１のチップ）１１０と、半導体チップ（第２のチップ）１２０と、接着層１３０と、リード１４０と、金属細線（第１の金属細線）１５０と、金属細線（第２の金属細線）１６０と、金属細線（第３の金属細線）１７０と、樹脂（封止部材）１８０とにより構成されている。

多層配線基板１００は、上面１００ａ及び下面１００ｂを有している。多層配線基板１００は、接着層１３０を介して、リード１４０上に設けられる。ここで、多層配線基板１００の下面１００ｂとリード１４０は、接着層１３０を介して対面している。多層配線基板１００は、多層配線構造を有しており、３次元的な配線を可能とする。多層配線基板１００の上面１００ａには、Ａｕメッキを施したＣｕ配線材を用いた複数のボンディングパッドが形成され、金属細線がワイヤーボンディングされる。ここで、いくつかのボンディングパッドは多層配線基板１００の上面１００ａの縁側に設けられ、いくつかのボンディングパッドは多層配線基板１００の上面１００ａの中心側に設けられている。

チップ１１０は、上面１１０ａと下面１１０ｂとを有している。チップ１１０は、接着層１３０を介して、多層配線基板１００の上面１００ａに設けられる。なお、チップ１１０の下面１１０ｂと多層配線基板１００の上面１００ａは、接着層１３０を介して対面している。また、チップ１１０の上面１１０ａには、Ａｕメッキを施したＣｕ配線材を用いたボンディングパッドが形成され、金属細線がワイヤーボンディングされる。ここで、ボンディングパッドは、チップ１１０の上面１１０ａの縁側に設けられている。

チップ１２０は、上面１２０ａと下面１２０ｂとを有している。チップ１２０は、接着層１３０を介して、多層配線基板１００の下面１００ｂに設けられる。なお、チップ１２０の下面１２０ｂと多層配線基板１００の下面１００ｂは、接着層１３０を介して対面している。また、チップ１２０の上面１２０ａには、Ａｕメッキを施したＣｕ配線材を用いたボンディングパッドが形成され、金属細線がワイヤーボンディングされる。ここで、ボンディングパッドは、チップ１２０の上面１２０ａの縁側に設けられている。

リード１４０は、樹脂１８０に覆われているインナーリード１４１と樹脂１８０から露出しているアウターリード１４２とにより構成されている。インナーリード１４１は、水平部（第１の水平部）１４１ａ、傾斜部１４１ｂ、水平部（第２の水平部）１４１ｃとにより構成されている。水平部１４１ａは傾斜部１４１ｂの一端と接続され、傾斜部１４１ｂの他端は水平部１４１ｃの一端と接続されている。水平部１４１ｃの他端は、アウターリード１４２と接続されている。水平部１４１ａと傾斜部１４１ｂの接続部は、傾斜部ｂと水平部１４１ｃの接続部に比べ、大地からの高さは低い。言い換えると、水平部１４１ａ、１４１ｃを大地と略平行であるとすると、水平部１４１ａは水平部１４１ｃよりも大地からの距離が短い（高さが低いとも言う）。ここで、水平部１４１ａは、上面と下面を有している。水平部１４１ａの上面は、接着層１３０を介して、多層配線基板１００の下面１００ｂと接続している。言い換えると、水平部１４１ａの上面には、接着層１３０を介して、多層配線基板１００の下面１００ｂと対面している。

次に、図２及び図３を用いて、金属細線、ボンディングパッド及びリードの接続関係を説明する。ここで、図２に示される多層配線基板１００は、３層配線構造の基板を開示している。配線２００は多層配線基板１００の上面１００ａ（１層目）に形成され、配線２１０は上面１００ａより一つ下の層（２層目）に形成され、配線２２０は配線２１０が形成された層より一つ下の層（３層目）に形成されている。ここで、配線２１０、２２０は、ボンディングパッド直下に設けられたスルーホールを介して、ボンディングパッドと電気的に接続されている。なお、いずれの配線をどの層に形成するかは自由であるが、下層になればなるほど、スルーホールの抵抗（いわゆる配線抵抗）が発生する可能性がある。そのため、ボンディングパッド間の距離の短いものを下層に形成し、長いものを上層に形成しても良い。

初めに、図２を用いて、多層配線基板１００と、チップ１１０と、リード１４０の接続関係について説明する。多層配線基板１００の上面１００ａの縁側に設けられたボンディングパッド（第１のボンディングパッド）１０１は、金属細線１５０を介してリード１４０と電気的に接続されている。ここで、金属細線１５０の一端はボンディングパッド１０１と接続され、他端はリード１４０の水平部１４１ａの上面と接続されている。このとき、ボンディングパッド１０１と、リード１４０の水平部１４１ａの上面との距離は、短い。なぜなら、距離が長くなれば長くなるほど、それらを結ぶ金属細線１５０の長さが長くなり、金属細線１５０同士が接触してしまうなどの問題が生じるからである。また、金属細線１５０同士の接触を防止するために、金属細線１５０は、互いに交差しないように構成されるのが望ましい。

また、多層配線基板１００の上面１００ａの中心側に設けられたボンディングパッド（第２のボンディングパッド）１０２は、金属細線１６０を介して、チップ１１０の上面１１０ａに形成されたボンディングパッド１１１と電気的に接続されている。ここで、金属細線１６０の一端はボンディングパッド１０２と接続され、他端はボンディングパッド１１１と接続されている。このとき、ボンディングパッド１０２と、ボンディングパッド１１１との距離は、短い。なぜなら、距離が長くなれば長くなるほど、それらを結ぶ金属細線１６０の長さが長くなり、金属細線１６０同士が接触してしまうなどの問題が生じるからである。また、金属細線１６０同士の接触を防止するために、金属細線１６０は、互いに交差しないように構成されるのが望ましい。

よって、チップ１１０は、金属細線１６０と、配線２００、２１０、２２０と、金属細線１５０を介して、リード１４０と電気的に接続することができる。

次に、図３を用いて、チップ１２０と、リード１４０の接続関係について説明する。チップ１２０の上面１２０ａの縁側に設けられたボンディングパッド１２１は、金属細線１７０を介してリード１４０と電気的に接続されている。ここで、金属細線１７０の一端はボンディングパッド１２１と接続され、他端はリード１４０の水平部１４１ａの下面と接続されている。このとき、ボンディングパッド１２１と、リード１４０の水平部１４１ａの下面との距離は、短い。なぜなら、距離が長くなれば長くなるほど、それらを結ぶ金属細線１７０の長さが長くなり、金属細線１７０同士が接触してしまうなどの問題が生じるからである。また、金属細線１７０同士の接触を防止するために、金属細線１７０は、互いに交差しないように構成されるのが望ましい。

本発明の第１の実施の形態の半導体装置によれば、多層配線基板１００の上面１００ａに設けられたチップ１１０上に形成された封止樹脂１８０の厚さと、多層配線基板１００の下面１００ｂに設けられたチップ１２０上に形成された封止樹脂１８０の厚さは、ほぼ同一である。よって、本発明の第1の実施の形態の半導体装置は、従来のマルチチップパッケージに比べ、樹脂で封止する際に、多層配線基板１００の上面１００ａ及び下面１００ｂに設けられたチップ１１０、１２０上に樹脂１８０を正しく形成することができ、チップ１１０、１２０上面の露出を低減することができる。

さらに、本発明の第１の実施の形態の半導体装置によれば、ダイパッドを有していない。そのため、多層配線基板１００の上面１００ａに設けられたチップ１１０上にさらにチップを積層した場合、リード１４０の傾斜部１４１ｂの傾きは従来に比べ、緩やかである。そのため、リード１４０の傾斜部１４１ｂの長さは、短い。よって、従来のマルチチップパッケージに比べ、傾斜部は変形しづらくなる。また、本発明の第１の実施の形態の半導体装置は、従来に比べ、リードフレームを大量に生産した場合、各リードフレームごとのばらつきが生じることを低減することができる。加えて、本発明の第１の実施の形態の半導体装置は、ダイパッドがないため（ダイパッドの厚みがないため）、チップの複数積層化あるいはパッケージの薄型化が可能となる。

さらに、本発明の第１の実施の形態の半導体装置によれば、ボンディングパッド１０１とリード１４０との距離及びボンディングパッド１０２とボンディングパッド１１１との距離は、最短でワイヤーボンディングされる構成となっている。そして、ボンディングパッド１０１とボンディングパッド１０２とは、配線２００、２１０、２２０により３次元的に接続されている。そのため、本発明の第１の実施の形態の半導体装置は、金属細線の長さが長くならず、金属細線同士の接触及び樹脂封止の際の切断等を低減することができる。

（第２の実施の形態）以下、図面を用いて、本発明の第２の実施の形態の半導体装置を詳細に説明する。図４は本発明の第２の実施の形態の半導体装置の構造を示す部分断面図であり、図５は図４の半導体装置をＤ方向から見た平面図である。なお、図４は、図５の半導体装置をＣ−Ｃ線で切った断面図である。以下、第１の実施の形態と同じ構成については説明を省略する。

初めに、図４を用いて、本発明の第２の実施の形態の半導体装置の構成について説明する。本発明の第１の実施の形態の半導体の構成と、本発明の第２の実施の形態の半導体装置の構成の異なる点は、多層配線基板１００の代わりに多層配線基板（基板）４００が用いられ、金属細線１５０の代わりにはんだボール（球状電極、突起電極）４２０が用いられていることである。

多層配線基板４００は、上面４００ａ及び下面４００ｂを有している。多層配線基板４００は、はんだボール４２０を介して、リード１４０上に設けられる。ここで、多層配線基板４００の下面４００ｂとリード１４０は、はんだボール４２０を介して対面している。多層配線基板１００は、多層配線構造を有しており、３次元的な配線を可能とする。多層配線基板４００の上面４００ａには、Ａｕメッキを施したＣｕ配線材を用いた複数のボンディングパッドが形成され、金属細線がワイヤーボンディングされる。ここで、ボンディングパッドは多層配線基板４００の上面４００ａの中心側に設けられている。

次に、図５を用いて、はんだボール、金属細線、ボンディングパッド及びリードの接続関係を説明する。ここで、図５に示される多層配線基板４００は、３層配線構造の基板を開示している。配線５００は多層配線基板４００の上面４００ａ（１層目）に形成され、配線５１０は上面１００ａより一つ下の層（２層目）に形成され、配線２２０は配線２１０が形成された層より一つ下の層（３層目）に形成されている。ここで、配線２１０、２２０は、ボンディングパッド直下に設けられたスルーホールを介して、ボンディングパッドと電気的に接続されている。また、いずれの配線もはんだボール４２０上にスルーホールを設け、はんだボールと電気的に接続されるように構成されている。

図５に示すように、多層配線基板４００の上面４００ａの中心側に設けられたボンディングパッド１０２は、金属細線１６０を介して、チップ１１０の上面１１０ａに形成されたボンディングパッド１１１と電気的に接続されている。ここで、金属細線１６０の一端はボンディングパッド１０２と接続され、他端はボンディングパッド１１１と接続されている。また、ボンディングパッド１０２は、配線５００、５１０、５２０を介して、多層配線基板４００の下面４００ｂに設けられた、はんだボール４２０と電気的に接続されている。よって、チップ１１０は、金属細線１６０と、配線５００、５１０、５２０と、はんだボール４２０を介して、リード１４０と電気的に接続することができる。

本発明の第２の実施の形態の半導体装置によれば、多層配線基板４００とリード１４０とは、はんだボール４２０を介して電気的に接続されている。そのため、多層配線基板４００とリード１４０とを結ぶ金属細線を必要としない。よって、本発明の第２の実施の形態の半導体装置は、従来のマルチチップパッケージに比べ、金属細線の切断による接触不良を防ぐことができる。

（第３の実施の形態）以下、図面を用いて、本発明の第３の実施の形態の半導体装置を詳細に説明する。図６は本発明の第３の実施の形態の半導体装置の構造を示す部分断面図であり、図７は図６の半導体装置をＥ方向から見た平面図である。なお、図６は、図７の半導体装置をＣ−Ｃ線で切った断面図である。以下、第１若しくは２の実施の形態と同じ構成については説明を省略する。

初めに、図６を用いて、本発明の第３の実施の形態の半導体装置の構成について説明する。本発明の第１若しくは２の実施の形態の半導体の構成と、本発明の第３の実施の形態の半導体装置の構成の異なる点は、多層配線基板４００の代わりに多層配線基板６００が用いられ、チップ１２０の代わりにチップ６１０が用いられ、金属細線１７０の代わりにはんだボール（球状電極、突起電極）６２０が用いられていることである。

多層配線基板６００は、上面６００ａ及び下面６００ｂを有している。多層配線基板６００は、はんだボール４２０を介して、リード１４０上に設けられる。ここで、多層配線基板６００の下面６００ｂとリード１４０は、はんだボール４２０を介して対面している。多層配線基板６００は、多層配線構造を有しており、３次元的な配線を可能とする。多層配線基板６００の上面６００ａには、Ａｕメッキを施したＣｕ配線材を用いた複数のボンディングパッドが形成され、金属細線がワイヤーボンディングされる。ここで、ボンディングパッドは多層配線基板６００の上面６００ａの中心側に設けられている。なお、本発明の第１の実施の形態の半導体装置の多層配線基板１００と異なる点は、多層配線基板６００は、下面６００ｂにも配線が形成されている点である。

チップ６１０は、上面６１０ａと下面６１０ｂとを有している。チップ６１０は、はんだボール６２０を介して、多層配線基板６００の下面６００ｂに設けられる。なお、チップ６１０の下面６１０ｂと多層配線基板６００の上面６００ａは、はんだボール６２０を介して対面している。

次に、図７を用いて、チップ６１０とリード１４０の接続関係を説明する。図示していないが、多層配線基板６００の下面６００ｂ及び多層配線基板６００の内部には、複数の配線が形成されている。そして、複数の配線は、はんだボール６２０とはんだボール４２０とを電気的に接続している。よって、チップ６１００は、はんだボール６２０と、多層配線基板６００に設けられた配線と、はんだボール４２０を介して、リード１４０と電気的に接続することができる。

本発明の第３の実施の形態の半導体装置によれば、多層配線基板６００とチップ６１０とは、はんだボール６２０を介して電気的に接続されている。そのため、多層配線基板６００とチップ６１０とを結ぶ金属細線を必要としない。よって、本発明の第３の実施の形態の半導体装置は、従来のマルチチップパッケージに比べ、金属細線の切断による接触不良を防ぐことができる。

（第４の実施の形態）以下、図面を用いて、本発明の第４の実施の形態の半導体装置を詳細に説明する。図８は本発明の第４の実施の形態の半導体装置の構造を示す部分断面図である。以下、第１〜３の実施の形態と同じ構成については説明を省略する。

本発明の第４の実施の形態の半導体装置の構成について説明する。本発明の第４の実施の形態の多層配線基板８００は、図４及び図６に示された多層配線基板を合わせたものである。つまり、多層配線基板８００は、その上面と、下面と、内層に配線を有し、３次元的な配線を可能としている。

本発明の第４の実施の形態の半導体装置によれば、多層配線基板８００とリード１４０ははんだボール４２０を介して電気的に接続され、チップ６１０とリード１４０ははんだボール６２０を介して電気的に接続されている。そのため、多層配線基板８００とリード１４０とを結ぶ金属細線及びチップ６１０とリード１４０とを結ぶ金属細線を必要としない。よって、本発明の第４の実施の形態の半導体装置は、従来のマルチチップパッケージに比べ、金属細線の切断による接触不良を防ぐことができる。

（第５の実施の形態）以下、図面を用いて、本発明の第５の実施の形態の半導体装置を詳細に説明する。図９は本発明の第５の実施の形態の半導体装置の構造を示す部分断面図である。以下、第１〜４の実施の形態と同じ構成については説明を省略する。

本発明の第５の実施の形態の半導体装置の構成について説明する。本発明の第５の実施の形態の半導体装置は、多層配線基板９００と、チップ９１０と、はんだボール９２０とを有している。そして、チップ９１０は、はんだボール９２０を介して多層配線基板９００と電気的に接続されている。ここで、多層配線基板９００は、図４及び図６に示された多層配線基板を合わせた上、チップ９１０をフリップチップ実装することを可能するように、その上面に配線が形成されている。

本発明の第５の実施の形態の半導体装置によれば、チップ９０１と多層配線基板９００ははんだボール９２０を介して電気的に接続され、多層配線基板９００とリード１４０ははんだボール４２０を介して電気的に接続され、チップ６１０とリード１４０ははんだボール６２０を介して電気的に接続されている。そのため、チップ９０１と多層配線基板９００とを結ぶ金属細線、多層配線基板９００とリード１４０とを結ぶ金属細線及び、チップ６１０とリード１４０とを結ぶ金属細線を必要としない。よって、本発明の第５の実施の形態の半導体装置は、従来のマルチチップパッケージに比べ、金属細線の切断による接触不良を防ぐことができる。

以上本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

例えば、各実施の形態においては、多層配線基板の各面に一つのチップのみを搭載するように開示したが、複数のチップを搭載するように構成しても良い。

また、第１及び第３の実施の形態において、金属細線１５０をインナーリード１４０の水平部１４１ａにワイヤーボンディングするように構成したが、水平部１４１ｃにワイヤーボンディングするように構成しても良い。

また、第１、第２及び第３の実施の形態において、チップ１１０は金属細線１６０を用いて多層配線基板と電気的に接続されているが、第５の実施の形態に開示したようにチップ１１０をフリップチップ実装するように構成しても良い。

本発明の第１の実施の形態の半導体装置の断面図である。図１の半導体装置をＡ方向から見た部分平面図である。図１の半導体装置をＢ方向から見た部分平面図である。本発明の第２の実施の形態の半導体装置の断面図である。図４の半導体装置をＤ方向から見た部分平面図である。本発明の第３の実施の形態の半導体装置の断面図である。図６の半導体装置をＥ方向から見た部分平面図である。本発明の第４の実施の形態の半導体装置の断面図である。本発明の第５の実施の形態の半導体装置の断面図である。

符号の説明

１００、４００、６００、８００、９００多層配線基板
１１０、１２０、６１０、９１０チップ
１５０、１６０、１７０金属細線
１４０リード
４２０、６２０、９２０はんだボール

Claims

封止部材と、
前記封止部材の内部に位置し、第１面と該第１面に対向する第２面を有する基板と、
前記封止部材の内部に位置し、前記基板の前記第１面上に設けられる第１のチップと、
前記封止部材の内部に位置し、前記基板の前記第２面上に設けられる第２のチップと、
前記封止部材の内部に位置するインナーリードと該封止部材の外部に位置するアウターリードとにより構成され、前記第１及び第２のチップと電気的に接続されるリードとを有し、
前記封止部材は、前記第１のチップ上に形成される第１の封止部材と、該第１の封止部材と同じ厚みを有し前記第２のチップ上に形成される第２の封止部材とにより構成されることを特徴とする半導体装置。
前記第１のチップと前記基板の前記第１面に形成された第１のボンディングパッドとを電気的に接続する第１の金属細線と、
前記インナーリードと前記基板の前記第１面に形成された第２のボンディングパッドとを電気的に接続する第２の金属細線とを有することを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
前記インナーリードと前記第２のチップとを電気的に接続する第３の金属細線とを有することを特徴とする請求項２記載の半導体装置。
突起部を介して、前記基板の前記第２面上に前記インナーリードを設けることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
突起部を介して、前記基板の前記第１面上に前記第１のチップを設けることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
突起部を介して、前記基板の前記第２面上に前記第２のチップを設けることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
前記基板は多層配線基板であることを特徴とする請求項３−６のいずれか一つに記載の半導体装置。