JP2005051155A - Semiconductor integrated circuit device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば半導体チップ及び電子部品を実装したインターポーザーを、層間接続端子を介して複数段に積層してなる半導体集積回路装置に関する。詳しくは、積層されるインターポーザーを隔層で斜めにし、層間隙間に対するチップ部品の実装効率を図り、より高密度な積層モジュールとしたものである。 The present invention relates to a semiconductor integrated circuit device in which, for example, an interposer on which a semiconductor chip and an electronic component are mounted is stacked in a plurality of stages via interlayer connection terminals. Specifically, the interposer to be stacked is slanted with a separate layer to increase the mounting efficiency of the chip component with respect to the interlayer gap, and a higher-density stacked module is obtained.
半導体チップや電子部品などのベアチップを実装したインターポーザーを、層間接続端子を介して複数段に積層してなる半導体集積回路装置が知られている(例えば、特許文献1など参照)。 2. Description of the Related Art There is known a semiconductor integrated circuit device in which interposers mounted with bare chips such as semiconductor chips and electronic components are stacked in a plurality of stages via interlayer connection terminals (see, for example, Patent Document 1).
図6は、インターポーザーを複数段に積層してなる半導体集積回路装置の一例を示す。この半導体集積回路装置は、基板101上に複数のインターポーザー102を所定間隔を置いて積層した構造である。最下層及び最上層のインターポーザー102を除く中間のインターポーザー102には、半導体チップ103又は電子部品104或いはその両方が表裏両面に実装されている。また、最上層に積層されるインターポーザー102を除いては、その両面に層間接続ランド105が形成されている。最上層のインターポーザー102には、下層のインターポーザー102と対向する面にのみ層間接続ランド105が形成されている。
FIG. 6 shows an example of a semiconductor integrated circuit device in which interposers are stacked in a plurality of stages. This semiconductor integrated circuit device has a structure in which a plurality of
前記した半導体集積回路装置は、最下層のインターポーザー102に形成された層間接続ランド105と基板101に形成された基板ランド106とを外部端子107によって導通接続させ、各インターポーザー102に形成された相対向する層間接続ランド105同士を層間接続端子108によって導電接続させることにより、当該層間接続端子108によって各インターポーザー102の層間間隔を確保した積層構造となっている。
In the semiconductor integrated circuit device described above, the
この半導体集積回路装置では、積層されるインターポーザー102は、その全てが水平姿勢で積層されており、上下に相対向して配置された半導体チップ103及び電子部品104は、それらが干渉しないように充分な隙間を確保している。例えば、相対向するインターポーザー102の層間に、一方のインターポーザー102に厚みの厚い半導体チップ103又は電子部品104を設けた場合には、これに対向する他方のインターポーザー102には、厚みの薄い半導体チップ103又は電子部品104を設けるようにしている。
In this semiconductor integrated circuit device, all of the
しかしながら、これら半導体チップ103及び電子部品104のうち部分的に厚みの薄い半導体チップ103又は電子部品104が入手できても、他の半導体チップ103又は電子部品104が厚かったり、電子部品104が混載されると、その厚みに層間隙間が支配され、積層モジュール(半導体集積回路装置)を薄くするのが困難になる。
However, even if the
そこで、本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、積層されるインターポーザーの層間隙間のロスを小さくしてチップ部品の実装密度を向上させ、同じインターポーザー層数の場合、モジュール実装高さを低くすることのできる半導体集積回路装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of such a problem, the loss of the interlayer gap of the laminated interposer is reduced to improve the mounting density of the chip components, and in the case of the same number of interposer layers, An object of the present invention is to provide a semiconductor integrated circuit device capable of reducing the module mounting height.
本発明の半導体集積回路装置は、半導体チップ又は電子部品の少なくとも何れかを実装させたインターポーザーを、該インターポーザーに形成した層間接続ランド上に導通接続した層間接続端子を介して複数段に積層した半導体集積回路装置であり、複数段に積層されたインターポーザーは、隔層で斜めに積層され、相対向する上下のインターポーザー間の隙間を、片方で広く、他方で狭くした。 In the semiconductor integrated circuit device of the present invention, an interposer on which at least one of a semiconductor chip and an electronic component is mounted is stacked in a plurality of stages via interlayer connection terminals electrically connected to an interlayer connection land formed on the interposer. In the semiconductor integrated circuit device, the interposers stacked in a plurality of stages are stacked obliquely at separate layers, and the gap between the upper and lower interposers facing each other is widened on one side and narrowed on the other.
この半導体集積回路装置では、積層されたインターポーザーを、隔層で斜めに積層して相対向する上下のインターポーザー間の隙間を片方で広くし、他方で狭くしたことにより、広い隙間には厚みの厚い半導体チップ又は電子部品を実装し、狭い隙間には厚みの薄い半導体チップ又は電子部品を実装するようにして、層間スペースのロスを少なくしモジュールの実装高さを抑える。 In this semiconductor integrated circuit device, the laminated interposers are obliquely laminated with separate layers, and the gap between the upper and lower interposers facing each other is widened on one side and narrowed on the other, so that the wide gap is thick. A thick semiconductor chip or electronic component is mounted, and a thin semiconductor chip or electronic component is mounted in a narrow gap, so that loss of interlayer space is reduced and the mounting height of the module is suppressed.
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, specific embodiments to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings.
「第1の実施の形態」
第1の実施の形態の半導体集積回路装置は、図1に示すように、例えばマザーボードなどの基板1上に複数のインターポーザー2(2a〜2e)を、所望の層間隙間(層間空間)を空けて複数段に積層した積層構造とされている。
“First Embodiment”
As shown in FIG. 1, the semiconductor integrated circuit device according to the first embodiment includes a plurality of interposers 2 (2a to 2e) on a
基板1には、複数段に積層されるインターポーザー2のうち最下段のインターポーザー2aに形成された層間接続ランド3に対し、外部端子4を介して導電接続される基板ランド5が複数形成されている。そして、この複数の基板ランド5上に、外部端子4を介して複数段に積層されたインターポーザー2が実装されている。
The
積層構造とされたインターポーザー2は、隔層(一つおきに)で斜めに配置されて積層されている。具体的には、基板1上に積層される最下層のインターポーザー2aは、基板1と平行で水平とされ、その上に積層されるインターポーザー2bは右に傾く斜めとされ、その上に積層されるインターポーザー2cは水平とされ、さらにこの水平に配置されるインターポーザー2cの上に積層されるインターポーザー2dは同じく右に傾く斜めとされ、最上層に積層されるインターポーザー2eは水平に配置されている。
The
前記インターポーザー2には、層間接続ランド3が形成されていると共に、厚みの異なるLSIなどの半導体チップ6a、6b或いは電子部品7が片面または両面に実装されている。また、このインターポーザー2には、各インターポーザー2の積層間隔を所定の高さに保持するスペーサとしての機能とインターポーザー2に形成される配線パターン同士を導電接続する回路接続機能としての層間接続端子8が設けられている。
The
層間接続端子8は、例えばリフローによって溶融するハンダからなり、斜めにインターポーザー2b、2dを積層するために、高さの高い層間接続端子8aと高さの低い層間接続端子8bの2種類が使用されている。高さの低い層間接続端子8bを一方の層間に設け、高さの高い層間接続端子8aを他方の層間に設けることで、インターポーザー2b、2dを斜めに配置している。そして、層間接続端子8a、8bは、上下に積層配置される各インターポーザー2の層間接続ランド3上にリフローされることにより導通接続され、各インターポーザー2に形成された配線回路を接続させる。
The interlayer connection terminal 8 is made of, for example, solder that melts by reflow, and in order to stack the
このように隔層でインターポーザー2b、2dを傾斜して積層すると、相対向する上下のインターポーザー2間の隙間は、片方で広く、他方で狭くなる。このため、広い隙間が確保されたインターポーザー2間では、厚みの厚い半導体チップ6aを一方のインターポーザー2に実装させると共に、これに対向するインターポーザー2には厚みの厚い半導体チップ6a又は電子部品7を実装することができる。狭い隙間とされたインターポーザー2間では、厚みの薄い半導体チップ6bを一方のインターポーザー2に実装させると共に、これと対向するインターポーザー2には厚みの薄い半導体チップ6bを実装させるか或いは何も実装させないようにする。つまり、層間の大エリアには、厚みの厚い半導体チップ6又は電子部品7を実装させ、層間の小エリアには厚みの薄い半導体チップ6bを実装させるか或いは何も実装させない。
When the
以上のように構成した半導体集積回路装置によれば、層間隙間に対するチップ部品を実装するための有効効率が向上し、より高密度な積層モジュールを得ることができる。この図1に示す半導体集積回路装置の全体高さH2は、図6に示したように、インターポーザーを平行に積層配置させた従来の半導体集積回路装置の全体高さH1に対して、同じ数だけインターポーザーを積層した場合、ΔH(H1−H2)だけ低くなる。したがって、第1の実施の形態の半導体集積回路装置では、インターポーザー層間の空間ロスを小さくすることができ、半導体チップ6a、6b及び電子部品7を実装させるチップ部品の実装密度を大幅に高めることができる上、同じインターポーザー層数でモジュール実装高さを低くすることができる。
According to the semiconductor integrated circuit device configured as described above, the effective efficiency for mounting the chip component with respect to the interlayer gap is improved, and a higher-density laminated module can be obtained. The overall height H2 of the semiconductor integrated circuit device shown in FIG. 1 is the same as the overall height H1 of the conventional semiconductor integrated circuit device in which interposers are stacked in parallel as shown in FIG. When only the interposer is stacked, ΔH (H1−H2) is lowered. Therefore, in the semiconductor integrated circuit device of the first embodiment, the space loss between the interposer layers can be reduced, and the mounting density of the chip components on which the
[第2の実施の形態]
第2の実施の形態の半導体集積回路装置は、図2に示すように、層間接続端子9の数を異にし、少なくとも一つの層間接続端子9を一方の層間に設け、二つ以上の層間接続端子9を他方の層間に設けて、前記インターポーザー2b、2dを斜めにしたものである。
[Second Embodiment]
As shown in FIG. 2, in the semiconductor integrated circuit device of the second embodiment, the number of
図2では、上下に積層される相対向したインターポーザー2の層間接続ランド3上の一方にボール形状をなす一つの層間接続端子9を設け、他方に同じくボール形状の二つの層間接続端子9、9を設けている。このボール形状とした層間接続端子9の数を左右で異なるようにすることで、第1の実施の形態の半導体集積回路装置と同様に、インターポーザー2を隔層で傾斜させることができる。
In FIG. 2, one
ここで使用したボール形状の層間接続端子9は、例えば図3(a)に示すように、リフロー温度で溶融しない高融点導電性金属9aとリフロー温度で溶融するハンダ9bからなり、高融点導電性金属9aの外表面にハンダ9bが被覆されて形成されたボール形状(球形状とされている。コア(核)となる高融点導電性金属9aは、各インターポーザー2の層間隙間を所定の隙間とするスペーサとして機能する。また、この高融点導電性金属9aの表面に形成されるハンダ9bは、各インターポーザー2の回路を導電接続する回路接続として機能をする。
The ball-shaped
高融点導電性金属8aとしては、例えば融点が1083℃の銅や高融点ハンダ或いは42アロイ(Fe−Ni合金)などが使用される。ハンダ8bとしては、例えば融点が170〜190℃のPbSn共晶系ものや、210〜230℃のSnAg系、SnCu系ハンダ、190〜200℃のSnZn系ハンダ、200〜220℃のSnIn系ハンダなどが使用される。
As the high melting point conductive metal 8a, for example, copper having a melting point of 1083 ° C., high melting point solder, 42 alloy (Fe—Ni alloy), or the like is used. As the
また、層間接続端子9は、この他、図2(b)に示すように、耐熱樹脂9c、導電性金属9d及びハンダ9bからなり、コアとなる耐熱樹脂9cの外表面に導電性金属9dが被覆され且つこの導電性金属9dの外表面にハンダ9bが被覆されて形成された球形状とされている。耐熱樹脂9cとしては、例えば熱分解温度が450℃程度のジビニルベンゼン架橋共重合体が使用される。導電性金属9dとしては、例えば融点が1083℃の銅や1453℃のニッケルをめっき被覆する。耐熱樹脂9cの代わりに、例えば転移温度が500〜600℃のガラス、さらにセラミックなどの高融点非導電性物質も使用することができる。
Further, as shown in FIG. 2B, the
かかる層間接続端子9は、上下に積層配置される各インターポーザー2の層間接続ランド3上にリフローされて導通接続される。二つ重ねられた層間接続端子9、9は、リフローによりその表面のハンダ9bが溶融することで接合されて導通接続される。
The
[第3の実施の形態]
第3の実施の形態の半導体集積回路装置は、図4に示すように、ボール形状ではなく円柱形状の層間接続端子10を使用し、その層間接続端子10の数を異にし、少なくとも一つの層間接続端子10を一方の層間に設け、二つ以上の層間接続端子10を他方の層間に設けて、前記インターポーザー2b、2dを斜めにしたものである。
[Third Embodiment]
As shown in FIG. 4, the semiconductor integrated circuit device according to the third embodiment uses a columnar
この実施の形態の半導体集積回路装置は、第1及び第2の実施の形態の半導体集積回路装置と同じく、インターポーザー層間の空間ロスを小さくすることができ、半導体チップ6a、6b及び電子部品7を実装させるチップ部品の実装密度を大幅に高めることができる。また、この半導体集積回路装置は、やはり同じインターポーザー層数でモジュール実装高さを低くすることができる。
In the semiconductor integrated circuit device of this embodiment, the space loss between the interposer layers can be reduced as in the semiconductor integrated circuit devices of the first and second embodiments, and the
[第4の実施の形態]
第4の実施の形態の半導体集積回路装置は、図5に示すように、前記した図2のボール形状をなす二つの層間接続端子9を積層した接合部を含めて一方の層間接続端子9を、補強用樹脂層11で覆ったものである。
[Fourth Embodiment]
As shown in FIG. 5, the semiconductor integrated circuit device according to the fourth embodiment has one
この補強用樹脂層11は、半導体集積回路装置の使用環境下での熱ストレスや落下衝撃、振動などの機械的ストレスが発生して層間接続端子9の接合部に集中応力が掛かった場合、その応力を打ち消すように機能する。また、補強用樹脂層11は、層間接続端子9の接合部を覆うため、当該接合部の再酸化を防止する働きもする。
When the reinforcing
なお、インターポーザー2の保管条件により、保管中の層間接続端子9の酸化・接合性劣化が懸念される場合(濡れ性が不安定な場合)、補強用樹脂層11に活性化成分(酸化防止剤)を入れておくようにしてもよい。もちろん、接合部の濡れ性が良好な場合(酸化又は汚染されていない状態)は、特に活性化作用は不要である。この他、保管による接合性劣化の回復手法として、層間接続端子9及び層間接続ランド3の表面をプラズマ処理する方法もある。
In addition, when the storage condition of the
この補強用樹脂層11の樹脂は、例えば80〜120℃で粘度が下がる粘度特性を有し、層間接続端子9のハンダ部の融点よりも低い温度で軟化する。この補強用樹脂層11を形成する樹脂としては、例えばナガセケムテック株式会社製の商品名T693/R3901やデクスター株式会社製の商品名CNB837−44或いはケスター株式会社製の商品名RE9101が使用できる。例えばT693/R3901の樹脂は、ナフタレンジグリシジルエーテルを主剤とし、テトラヒドロ無水フタル酸を硬化剤とした樹脂である。
The resin of the reinforcing
このような樹脂を使用することから、層間接続端子9の接合時には、この補強用樹脂層11の方が層間接続端子9よりも早く軟化して接合界面からは押し出され、層間接続端子9の接合部が、この軟化した補強用樹脂層11で覆われる。かかる補強用樹脂層11で層間接続端子9の接合部が覆われることで、接合部が大気と遮断されることから接合部の再酸化が回避される。また、インターポーザー層間接合後、当該樹脂は硬化されるため、層間接続端子9の接合部の強度が高くなり、補強用樹脂層11によって補強される。
Since such a resin is used, when the
このように、本実施の形態の半導体集積回路装置では、少なくとも層間接続端子9の接合部を覆って補強用樹脂層11が被覆されているので、この補強用樹脂層11が補強部材として機能し、前記接合部に集中する応力に影響されない。したがって、本実施の形態の半導体集積回路装置によれば、層間接続端子9の接合部にクラックや破断が生じることはない。
As described above, in the semiconductor integrated circuit device according to the present embodiment, the reinforcing
また、接合硬化後の補強用樹脂層11の弾性率を半導体集積回路装置の使用環境に合わせて調整することによって、この層間接続端子9の接合部に作用する応力に柔軟に対応させることが可能となる。例えば、耐落下衝撃性を重視する場合は、高弾性で硬い接合とし、温度変化環境下での信頼性の場合は、高低温・常温時における層間接続系全体(接続端子/基板、接続端子/IP、接続端子/接続端子)の応力バランスを考慮して、つまり応力が分散するように、適正な弾性率を選定する。
Further, by adjusting the elastic modulus of the reinforcing
また、本実施の形態の半導体集積回路装置では、特に図3(b)に示す構造の層間接続端子9を使用すれば、コアとなる耐熱樹脂9cによる柔軟性によって接合部に集中する応力を緩和させることができる。この構造の層間接続端子9を使用した場合には、その耐熱樹脂9cの弾性率を考慮して、補強用樹脂層11の弾性率を調整することが好ましい。例えば、高弾性の補強樹脂で接続周辺部を広範囲で覆うことで、耐熱樹脂9cの応力緩和性能が殺される可能性があり得る。その耐熱樹脂9cの弾性率を考慮して、接合後、ベーキングなどで樹脂の硬化反応を進めて補強用樹脂層11の弾性率を調整することが好ましい。
Further, in the semiconductor integrated circuit device of the present embodiment, particularly when the
以上、本発明を適用した具体的な実施の形態について説明したが、本発明は、上述の実施の形態に制限されることなく種々の変更が可能である。 Although specific embodiments to which the present invention is applied have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made.
上述の実施の形態では、インターポーザーを一つ置きに水平と斜めに交互に積層させたが、斜めとしたインターポーザーの上に、水平にインターポーザーを配置せずにさらに斜めに積層するようにしてもよい。 In the above-described embodiment, every other interposer is alternately stacked horizontally and diagonally. However, the interposers are stacked evenly on the inclined interposer without arranging the interposer horizontally. May be.
本発明は、半導体チップや電子部品が実装されたインターポーザーを、層間接続端子の高さや数によって隔層で斜めに積層し、相対向する上下のインターポーザー間の層間空間を有効に使用してチップ部品の実装密度を高めることを可能とするチップ実装技術に適用することができる。
In the present invention, an interposer on which a semiconductor chip or an electronic component is mounted is obliquely stacked with a separation layer depending on the height and number of interlayer connection terminals, and an interlayer space between upper and lower interposers facing each other is effectively used. The present invention can be applied to chip mounting technology that can increase the mounting density of chip components.
1…基板
2、2a〜2e…インターポーザー
3…層間接続ランド
6a、6b…半導体チップ
7…電子部品
8a、8b、9、10…層間接続端子
9a…高融点導電性金属
9b…ハンダ
9c…耐熱樹脂または高融点非導電性物質
9d…導電性金属
11…補強用樹脂層
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記複数段に積層されたインターポーザーは、隔層で斜めに積層され、相対向する上下のインターポーザー間の隙間を、片方で広く、他方で狭くした
ことを特徴とする半導体集積回路装置。 A semiconductor integrated circuit device in which an interposer on which at least one of a semiconductor chip or an electronic component is mounted is stacked in a plurality of stages via interlayer connection terminals electrically connected to an interlayer connection land formed on the interposer,
The semiconductor integrated circuit device according to claim 1, wherein the interposers stacked in a plurality of stages are stacked obliquely at separate layers, and a gap between the opposing upper and lower interposers is widened on one side and narrowed on the other.
前記層間接続端子の高さを異にし、高さの低い層間接続端子を一方の層間に設け、高さの高い層間接続端子を他方の層間に設けて、前記インターポーザーを斜めにしたことを特徴とする半導体集積回路装置。 The semiconductor integrated circuit device according to claim 1,
The interlayer connection terminals have different heights, a low-level interlayer connection terminal is provided in one layer, a high-level interlayer connection terminal is provided in the other layer, and the interposer is inclined. A semiconductor integrated circuit device.
前記層間接続端子の数を異にし、少なくとも一つの層間接続端子を一方の層間に設け、二つ以上の層間接続端子を他方の層間に設けて、前記インターポーザーを斜めにしたことを特徴とする半導体集積回路装置。 The semiconductor integrated circuit device according to claim 1,
The number of the interlayer connection terminals is different, at least one interlayer connection terminal is provided in one layer, two or more interlayer connection terminals are provided in the other layer, and the interposer is inclined. Semiconductor integrated circuit device.
前記2つ以上の層間接続端子の少なくとも接合部を覆って補強用樹脂層を形成した
ことを特徴とする半導体集積回路装置。 The semiconductor integrated circuit device according to claim 3,
A semiconductor integrated circuit device, wherein a reinforcing resin layer is formed so as to cover at least a joint portion of the two or more interlayer connection terminals.
前記補強用樹脂層の軟化点を、前記層間接続端子の軟化点よりも低くしたことを特徴とする半導体集積回路装置。
The semiconductor integrated circuit device according to claim 4,
A semiconductor integrated circuit device, wherein a softening point of the reinforcing resin layer is lower than a softening point of the interlayer connection terminal.
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2003
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