JP2005150478A - マルチチップモジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】 高性能化及び小型化を実現したマルチチップモジュールを提供する。
【解決手段】 搭載基板の表面上に面付けされた第１半導体チップ上に背中合わせにチップ表面の周辺部にボンディングパッドが設けられた第２半導体チップを搭載し、上記第２半導体チップ表面の上記ボンディングパッドが形成される部分を含む所定エリアを除いた部分にスペーサを設けてその上に上記第２半導体チップと同じ回路機能を有し、同じ向きに第３半導体チップを搭載し、上記第２半導体チップ及び第３半導体チップのボンディングパッドを上記搭載基板上に形成された対応する電極に対してボンディングワイヤで接続し、上記搭載基板上の上記第１、第２、第３半導体チップ及びボンディングワイヤを封止体で封止する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、マルチチップモジュール（ＭＣＭ）に関し、例えばいくつかの異なる機能の複数の半導体チップを１つの搭載基板に搭載することによって実質的に一つの半導体集積回路装置として一体構成にするマルチチップモジュールに適用して有効な技術に関するものである。
いわゆるマルチチップモジュール技術では、複数の半導体チップが、複数の内部配線と複数の外部端子とを持つような搭載基板に搭載され、それら複数の半導体チップと搭載基板とが一体化された装置とされる。特開平６−２２４３６０号公報、特開２００３−７９６３公報には、特開２００３−２２４２４２公報には、複数チップスタック構造であって、ボンディングワイヤを設けるための空間を設ける工夫がなされている。すなわち、特開平６−２２４３６０号公報ではチップの裏面に段切りが設けられる。特開２００３−７９６３公報ではスペーサが設けられる。特開２００３−２２４２４２公報ではチップ裏面に切り欠けが設けられる。
特開平６−２２４３６０号公報 特開２００３−７９６３公報 特開２００３−２２４２４２公報
半導体技術の進歩は、マイコン用チップ、ＤＲＡＭチップ、フラッシュメモリ用チップのような電子システムを構成するための複数の半導体チップを全体として１つのパッケージ形態の半導体装置として構成しようとする技術の方向性を生み出している。すなわち、複数の半導体チップではなく、各々１個ずつの半導体チップをＱＦＰ(Quad Flat Package) やＣＳＰ(Chip Size Package又はChip Scale Package),ＢＧＡ(Ball Grid Array) といった通常パッケージ技術によってパッケージした複数の半導体装置を用い、それら複数の半導体装置をプリント基板のような実装基板上に実装する場合には、半導体チップ間の距離及びその配線距離を小さくすることが難しくなり、配線による信号遅延が大きく、装置の高速化・小型化の上での制約が生じてしまう。
これに対して、マルチチップモジュール（Multi Chip Module)技術においては、いわゆるベアチップと称されるような著しく小型の形態にされた複数の半導体チップを一つのパッケージの形態での半導体装置とするため、各チップ間の配線距離を短くすることができ、半導体装置の特性を向上させることができる。また、複数のチップを一つのパッケージとすることによって、半導体装置を小型化でき、かつその実装面積を減少させて半導体装置を小型化できる。
マルチチップモジュールとして構成するための半導体チップとしては、例えば、マイコン用チップと、かかるマイコン用チップに結合されるＤＲＡＭあるいはフラッシュメモリ用チップのように、互いに密接に関連したものが選ばれることが望ましい。このような互いに密接に関連する複数の半導体チップの組み合わせを選択するときにはマルチチップモジュールの特徴を充分に生かすことができるようになる。しかしながら、前記特許文献１ないし３においては、このようなマルチチップモジュールの特徴である全体としての機能の向上や、更なる小型化に関して配慮が成されておらず、専ら個々のチップをスタック構造とするだけで止まるものである。
本発明の目的は、高性能化及び小型化を実現したマルチチップモジュールを提供することにある。この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
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、下記の通りである。すなわち、搭載基板の表面上に面付けされた第１半導体チップ上に背中合わせにチップ表面の周辺部にボンディングパッドが設けられた第２半導体チップを搭載し、上記第２半導体チップ表面の上記ボンディングパッドが形成される部分を含む所定エリアを除いた部分にスペーサを設けてその上に上記第２半導体チップと同じ回路機能を有し、同じ向きに第３半導体チップを搭載し、上記第２半導体チップ及び第３半導体チップのボンディングパッドを上記搭載基板上に形成された対応する電極に対してボンディングワイヤで接続し、上記搭載基板上の上記第１、第２、第３半導体チップ及びボンディングワイヤを封止体で封止する。
搭載基板の表面上に面付けされた第１半導体チップにおいては、良好な信号伝達経路を実現しつつ、搭載基板においてそれと接続のための第１半導体チップより大きなエリアが不要となるのでその分搭載基板の小型化ができる。第２半導体チップと第３半導体チップとを同等の条件で搭載基板に接続可能となり２倍の回路機能を実現できる。
図１ないし図６には、この発明に係るマルチチップモジュールを説明するための一実施例の断面図が示されている。図１ないし図６においては、この発明に係るマルチチップモジュールの構成を組み立てフローの形態で表している。この実施例のマルチチップモジュールは、アプリケーション・スペシファイド・インテグレーテッド・サーキッツ、すなわち特定用途向ＩＣを構成するＣＰＵを含むマイコンＬＳＩ（以下、単にＡＳＩＣという）、２個からなるシンクロナス・ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ(Synchronous Dynamic Random Access Memory 、以下単にＳＤＲＡＭという）、及びフラッシュＥＥＰＲＯＭ（Flash Electrically Erasable and Programmble Read Only Memory；以下単にＦＬＡＳＨという）がスタックド構成にされる。
特に制限されないが、組み合わされる半導体チップの大きさは、ＡＳＩＣ５００が５．７５×５．７５とされ、ＳＤＲＡＭ３００，３０１が６．８４×６．８０とされ、ＦＬＡＳＨ２００が８．５１×５．８２とされる。ＳＤＲＡＭ３００，３０１は、それぞれが約１２８Ｍビットのような記憶容量を持ち、上記のように２個合わせて全体で２５６Ｍビットのような大きな記憶容量とされる。ＦＬＡＳＨ２００は、１２８Ｍビットのような記憶容量を持つようにされる。ＳＤＲＡＭとしては、１チップで２５６Ｍビットのような記憶容量を持つものものあるが、上記２個の１２８Ｍビットのものをスタックド構成とすることにより、上記他の半導体チップ２００，５００との大きさがほぼ同等となり、例えば、１３×１３のような小さな搭載基板１００に搭載させる。
この実施例では、上記２つのＳＤＲＡＭ３００，３０１を除く１つの半導体チップ、図１〜図６の実施例ではＦＬＡＳＨ２００が、図１に示したように搭載基板１００上に面付け実装される。つまり、ベアチップであるＦＬＡＳＨ２００のパッド上にＡｕパンプ２０１を形成し、搭載基板１００のパッドに異方導電性フィルムＡＣＦを仮付けし、上記パッド上にＡｕバンプ２０１が形成されたベアチップ形態のＦＬＡＳＨ２００を搭載基板１００にマウントし、加熱圧着が実施されて面付けされる。
図２に示したように、ＳＤＲＡＭ３００が上記ＦＬＡＳＨ２００に対して背中合わせで（チップの裏面同士が向かい合うように）搭載される。つまり、ＳＤＲＡＭ３００がＦＬＡＳＨ２００と背中合わせで熱硬化性接着剤又は裏面に設けられたダイボンドフィルム３０２を用いて接着され、ワイヤボンディングにより搭載基板１００の対応する電極１０１とワイヤ３０３により接続される。そして、ＳＤＲＡＭ３００の上記ワイヤボンディングのためのボンディングパッドが形成される部分を含むチップ周辺部を除いたチップ中央部分にスペーサ４００が設けられる。このスペーサ４００は、特に制限されないが、スタックド構造の半導体チップとの熱膨張率を均等にするためにシリコン基板により形成され、熱硬化性接着剤又は裏面に設けられたダイボンドフィルム４０１を用いて接着される。
図３に示したように、ＳＤＲＡＭ３０１が上記スペーサ４００の表面に搭載される。つまり、ＳＤＲＡＭ３０１がスペーサ４００上に熱硬化性接着剤又は裏面に設けられたダイボンドフィルム３０４を用いて接着され、ワイヤボンディングにより搭載基板１００の対応する電極とワイヤ３０５により接続される。この際、上層側のＳＤＲＡＭ３０１の裏面側に設けられたダイボンドフィルム３０４は、下層側のＳＤＲＡＭ３００に設けられるワイヤ３０３が上層側のＳＤＲＡＭの裏面に接触しても電気絶縁性を維持させることにも利用できる。前記熱硬化性接着剤を用いる場合でも、上層側のＳＤＲＡＭ３０１の裏面全面に塗布することにより、上記電気絶縁性を持たせることが望ましい。
図４に示したように、ＳＤＲＡＭ３０１の上記ワイヤボンディングのためのボンディングパッドが形成される部分を含むチップ周辺部を除いたチップ中央部分にＡＳＩＣ５００が搭載される。このＡＳＩＣ５００は、熱硬化性接着剤又は裏面に設けられたダイボンドフィルム５０２を用いて接着される。そして、ワイヤボンディングにより搭載基板１００の対応する電極とワイヤ５０３により接続される。上記のようにＳＤＲＡＭ３００，３０１に対して、ＡＳＩＣ５００のサイズが小さいために、ワイヤ５０２がその下層に設けられたＳＤＲＡＭ３０１のチップ周辺部に接触してしまうという不都合が生じる虞れがあるので、ＡＳＩＣ５００をＳＤＲＡＭ３０１の図の左側に寄せて搭載し、ＳＤＲＡＭ３０１の右側にはターミナルチップ５０１が熱硬化性接着剤又は裏面に設けられたダイボンドフィルム５０３を用いて搭載される。これにより、ＡＳＩＣ５００の右側に設けられたボンディングパッドは、ワイヤ５０５によりターミナルチップ５０１のボンディングパッドと接続される。このターミナルチップ５０１の上記ボンディングパッドに一端が接続された配線の他端にボンディングパッドを設け、かかるターミナルチップ５０１のボンディングパッドと上記搭載基板１００の対応する電極とワイヤ５０４により接続される。
図５に示したように、上記ＦＬＡＳＨ２００、ＳＤＲＡＭ３００，３０１，スペーサ４００、ＡＳＩＣ５０及びターミナルチップ５０１と、それらに設けられたボンディングワイヤを樹脂封止体６００により封止し、図６に示したように搭載基板１００の裏面側に外部端子７００としてのボール付けリフローがなされてマルチチップモジュールが形成される。
上記ＦＬＡＳＨ２００は、搭載基板１００に面付け可能な複数のバンプ電極２０１を持つ。ＦＬＡＳＨ２００は、必要に応じて、エリア・アレイ・パッドと称されるような技術、すなわち、素子及び配線が完成された半導体チップの回路形成面上にポリイミド樹脂からなるような絶縁膜を介してパッド電極（ボンディングパッド）の再配置を可能とする配線を形成し、かかる配線にパッド電極（バンプ接続用ランド電極）を形成するような技術によって構成される。
上記エリア・アレイ・パッド技術は、半導体チップにおける外部端子としての数十μｍないし１００μｍピッチのような比較的小さいピッチに配列されたパッド電極は、０．１ｍｍ〜０．２ｍｍのような径とされ、かつ４００μｍ〜６００μｍピッチのような比較的大きなピッチのパンプ電極配列に変換される。このため、エリア・アレイ・パッド技術は、ＡＳＩＣ５００のように多数のパッド電極が半導体チップ設けられる半導体チップの面付けチップ化に有効である。
上記搭載基板１００は、ガラスエポキシもしくはガラスからなるような絶縁基板と、かかる絶縁基板上に形成された多層配線構成からなるような比較的微細な内部配線と、半導体チップのパンプ電極に電気的結合されるべき複数のランドと、複数の外部端子とを持つ。搭載基板１００は、上記半導体チップ搭載側の主面に、上記ランドの他に、ＳＤＲＡＭ３００，３０１やＡＳＩＣ５００に設けられたボンディングパッドとのワイヤ接続するための電極も形成される。
この実施例のＦＬＡＳＨ２００は、いわゆるＡＮＤ型と称され、特に制限されないが、独立したアドレス端子を持たない。アドレス信号は、データ端子を利用して時分割的にシリアルに入力される。つまり、この実施例のフラッシュメモリでは、データ端子Ｉ／Ｏ（７：０）を介して動作モードを指定するコマンド及びアドレス、データも取り込まれるようにされる。入出力バッファを介して入力された入力信号は、内部信号線を通してコマンドデコーダ、アドレスカウンタ等に伝えられる。このため、図７（Ａ）に示したように、半導体チップ２００の２つの辺（この実施例では短辺）に沿ってバンプ電極が配置されて上記面付けが行われる。
図７（Ｂ）に示したように、ＳＤＲＡＭは半導体チップの２つの辺（この実施例では短辺）に沿ってボンディングパッドが配置されて、搭載基板１００の対応する電極とワイヤ３０３等によってワイヤボンディングされる。図７（Ｃ）に示したように、ＡＳＩＣ５００及びターミナルチップ５０１は、その４つの周辺部にボンディングパッドが配置されて、搭載基板１００の対応する電極と放射状にワイヤ５０３等によってワイヤボンディングされる。
搭載基板１００上に効率よく、上記４つの半導体チップ２００，３００，３０１，５００を搭載させるために、上記スタックド構造とするものである。つまり、中間的な大きさのＦＬＡＳＨ２００を搭載基板１００上に面付けし、その上にＳＤＲＡＭ３００を背中合わせで積層（スタック）構造とし、その上にスペーサを介して同じＳＤＲＡＭ３０１を搭載し、さらにＡＳＩＣ５００を積層するものである。上記搭載基板１００からみると、ＳＤＲＡＭが占める部分にＦＬＡＳＨ２００、ＡＳＩＣ５００をまるまる搭載させることができる。これにより、１３×１３のような小さな搭載基板上に、上記４個もの半導体チップを搭載したマルチチップモジュールを構成することができる。
図８には、この発明に係るマルチチップモジュールの一実施例の断面図が示されている。この実施例は、前記図１〜６の実施例に対応している。ＳＤＲＡＭ３００，３０１やＦＬＡＳＨ２００は、既存の半導体チップから構成されるのに対して、マイコンＬＳＩ（ＡＳＩＣ）５００はそれと組み合わされるＳＤＲＡＭ３００，３０１に対応してボンディングパッドの配列が決められる。マイコンＬＳＩ（ＡＳＩＣ）５００は、前記のように特定用途ＩＣを構成するようにされる。
すなわち、ＡＳＩＣ５００は、ＣＰＵ（中央処理装置）を中心とする複数の回路ブロックが搭載されてＡＳＩＣ構成を容易ならしめるように、それぞれの回路ブロックが独立的な回路機能単位としてのいわゆるモジュールないしはマクロセルをなすようにされる。各機能単位は、それぞれその規模構成が変更可能にされる。上記のようなメモリＳＤＲＡＭ３００，３０１、ＦＬＡＳＨ２００との組み合わせに対応したＡＳＩＣ５００のパッドの配列の設定は、上記機能単位の組み合わせに対応した機能ブロックのレイアウト設計の際に合わせて行われる。
図９には、この発明に係るマルチチップモジュールの他の一実施例の断面図が示されている。この実施例は、搭載基板１００上にＡＳＩＣ５００が前記実施例と同様に面付けされる。この場合、ＡＳＩＣ５００のサイズが前記実施例のようにその上に搭載されるＳＤＲＡＭ３００，３０１よりも小さい場合、安定的にＳＤＲＡＭ３００，３０１を搭載するためにスペーサ５０１’が設けられる。つまり、ＡＳＩＣ５００は、面付けされているので前記図８のようなターミナルチップ５０１が不要となり、それに代わって上記スペーサ５０１’が設けられる。
一般的にＡＳＩＣ５００に設けられる端子数は、前記ＳＤＲＡＭ３００，３０１やＦＬＡＳＨ２００に比べて多数の端子数が設けられる。それ故、上記のような面付け実装することにより、前記図８のようにワイヤボンディングによって電気的に接続する場合に比べて搭載基板側に設けられるボンディング用電極数を大幅に減らして搭載基板の大きさを小さくすることができる。また、回路動作の性能面から見ても、高速な信号伝達を行う必要のあるマイクロプロセッサＣＰＵの信号伝達経路に比較的長く形成されるボンディングワイヤを用いた場合には、ボンディングワイヤの比較的大きなインダクタンス成分によって高周波数のクロック及びそれに同期した信号伝達の速度を妨げるという問題が生じるが、この実施例では、前記のように搭載基板の小型化が可能であるばかりか、回路動作の性能面でも有利なものとなる。
図１０には、この発明に用いられるマイコンＬＳＩの一実施例のブロック図が示されている。同図の各回路ブロックは、公知のＣＭＯＳ（相補型ＭＯＳ）半導体集積回路の製造技術によって、単結晶シリコンのような１個の基板上において形成される。上記マンコンＬＳＩは、特に制限されないが、ＲＩＳＣ(Reduced instruction set computer)タイプの中央処理装置ＣＰＵにより、高性能な演算処理を実現し、システム構成に必要な周辺機器を集積し、携帯機器応用に向けられている。中央処理装置ＣＰＵは、ＲＩＳＣタイプの命令セットを持っており、基本命令はパイプライン処理を行って１命令１ステート（１システムクロックサイクル）で動作する。この中央処理装置ＣＰＵとデータシグナルプロセッサＤＳＰを中心として、例えば携帯電話機に向けて以下のような周辺回路が搭載されている。
内部バスは、Ｉバス、Ｙバス、Ｘバス、Ｌバス及び周辺バスからなり、最少部品点数によりユーザーシステムを構成できるように内蔵周辺モジュールとして、画像処理に向けたメモリＸＹＭＥＭ、メモリコントローラＸＹＣＮＴが設けられる。このメモリＸＹＭＥＭ及びコントローラＸＹＣＮＴは、Ｉバス、Ｘ，Ｙバス及びＬバスに接続され、画像処理のためのデータ入出力及び表示動作のためのデータ出力動作が行われる。
上記Ｉバスには、キュッシュメモリＣＡＣＨＥ及びキャッシュメモリコントローラＣＣＮ、メモリマネージメントコントローラＭＭＵ、トランスレーションルックアサイドバッファＴＬＢ、割り込みコントローラＩＮＴＣ、クロック発振器／ウォッチドッグタイマＣＰＧ／ＷＤＴ、ビデオＩ／ＯモジュールＶＩＯ及び外部バスインターフェイスが設けられる。この外部バスインターフェイスを介して、前記メモリＬＳＩと接続される。
Ｌバスには、上記キュッシュメモリＣＡＣＨＥ及びキャッシュメモリコントローラＣＣＮ、メモリマネージメントコントローラＭＭＵ、トランスレーションルックアサイドバッファＴＬＢと、上記中央処理装置ＣＰＵ、データシグナルプロセッサＤＳＰ、ユーザーブレークコントローラＵＢＣ及びアドバンストユーザーデバッガＡＵＤが接続される。
上記周辺バスには、１６ビットのタイマユニットＴＭＵ、コンペアマッチタイマＣＭＴ、シリアルＩ／Ｏ（ＦＩＦＯ付き）ＳＩＯＦ０、ＦＩＦＯ内蔵シリアルコミュニケーションインターフェイスＳＣＩＦ１、Ｉ2 ＣコントローラＩ2 Ｃ、多機能インターフェイスＭＦＩ、ＮＡＮＤ／ＡＮＤフラッシュインターフェイスＦＬＣＴＬ、ユーザーデバックインターフェイスＨ−ＵＤＩ、ＡＳＥメモリＡＳＥＲＡＭ及びピンファンクションコントローラＰＦＣ、ＲＣＬＫ動作ウォッチドッグタイマＲＷＤＴが接続される。上記周辺バスとＩバスには、バスステートコントローラＢＳＣ、ダイレクトメモリアクセスコントローラＤＭＡＣが接続される。
図１１には、この発明に係るマルチチップモジュールの一実施例のブロック図が示されている。同図は、図１等のマイクロコンピュータＳＨと、メモリＳＤＲＡＭ及びフラッシュメモリＦＬＡＳＨとの電気的な接続関係が信号端子名とともに例示的にされている。図１１のようなマイクロコンピュータＳＨ、メモリＳＤＲＡＭ及びフラッシュメモリＦＬＡＳＨとが組み合わされたマルチチップモジュールの特徴を生かしつつ、高性能で小型化を可能にするために、相互に信号の授受が行われるマイクロコンピュータＳＨ、メモリＳＤＲＡＭは、搭載基板に形成されたアドレスバス（１３ｂｉｔ）、データバス（３２ｂｉｔ）及び制御バスにより相互に接続される。
例えば、アドレスバスは、２つのＳＤＲＡＭ０とＳＤＲＡＭ１のアドレス端子Ａ０〜Ａ１２に対応された１３本からなり、データバスは、２つのＳＤＲＡＭ０とＳＤＲＡＭ１ののデータ端子ＤＱ０〜ＤＱ３１に対応された３２本からなる。上記マイクロコンピュータＳＨは、上記アドレスバスに対してＡ２からＡ１４のアドレス端子が接続され、上記データバスに対してはＤ０〜〜Ｄ３１が接続される。
上記マイクロコンピュータＳＨは、ＳＤＲＡＭに対応されたＣＫＩＯ、ＣＫＥ、ＳＣ２Ｂ、ＣＳ３Ｂ、ＲＡＳＬＢ、ＣＡＳＬＢ、ＲＤ／ＷＲＢとＷＥ３Ｂ／ＤＱＭＵＵ，ＷＥ２Ｂ／ＤＱＭＵＬ及びＷＥ１Ｂ／ＤＱＭＬＵ，ＷＥ０Ｂ／ＤＱＭＬＬの各制御出力端子を持ち、それぞれがＳＤＲＡＭのＣＬＫ、ＣＫＥ、ＣＳＢ、ＲＡＳＢ、ＣＡＳＢ、ＷＥＢとＤＱＭ７，ＤＱＭ５，ＤＱＭ２，ＤＱＭ０に接続される。この場合、ＳＤＲＡＭは、ＳＤＲＡＭ０とＳＤＲＡＭ１の２つのチップが搭載される。この２つのＳＤＲＡＭ０とＳＤＲＡＭ１は、マイクロコンピュータＳＨが形成される２つのチップセレクト信号ＳＣ２Ｂ，ＳＣ３Ｂが割り当てられて、いずれか一方がＳＣ２Ｂ又はＳＣ３Ｂによって選択される。したがって、他の信号ピンは、ＳＤＲＡＭ０とＳＡＲＭ１は全て共通にされて並列接続される。
図１１において、各端子名にＢを付したものは、図面上では端子名にオバーバーを付したロウレベルをアクティブレベルとする論理記号に対応している。上記端子ＷＥ３Ｂ／ＤＱＭＵＵ，ＷＥ２Ｂ／ＤＱＭＵＬ及びＷＥ１Ｂ／ＤＱＭＬＵ，ＷＥ０Ｂ／ＤＱＭＬＬは、マクス信号であり、上記３２ビットからなるデータバスを８ビットずつ４組に分け、ＷＥ３Ｂ／ＤＱＭＵＵ，ＷＥ２Ｂ／ＤＱＭＵＬ及びＷＥ１Ｂ／ＤＱＭＬＵ，ＷＥ０Ｂ／ＤＱＭＬＬによりライト／リードの選択的なマスクを行う。
この実施例のマイクロコンピュータＳＨは、上記フラッシュメモリＦＬＡＳＨに対応したインターフェイスを備えている。つまり、フラッシュメモリＦＬＡＳＨは、データ端子Ｉ／Ｏ（７：０）と、制御信号ＷＥＢ，ＳＣ，ＯＥＢ，ＲＤＹ／ＢｕｓｙＢ，ＣＥＢを備えている。これに対応して、マイクロコンピュータＳＨにも、ＮＡ＿ＩＯ（７：０）と、制御信号ＮＡ＿ＷＥＢ，ＮＡ＿ＳＣ，ＮＡ＿ＯＥＢ，ＮＡ＿ＲＹＢＹ，ＮＡ＿ＣＥＢが設けられる。マイクロコンピュータＳＨと上記フラッシュメモリＦＬＡＳＨとの間の書き込み／読み出し動作は、前記ＳＤＲＡＭ等との動作速度に比べて遅いので、前記図９の実施例のように前記ボンディングワイヤが信号伝達経路となっていても伝達速度には支障はないので、全体としての高性能化を図りつつ、ＭＣＭの小型化が可能になる。
半導体チップと搭載基板の接続を金（Ａｕ）／半田（Ｓｎ等）接合を用い、かつ、搭載基板の裏面側にボール状の突起電極を有しないランド・グリッド・アレイ（ＬＧＡ）型のマルチチップモジュールの例を次に説明する。
図１２に示すように、本実施形態のＭＣＭは、基本的に前述した図１〜図６又は図９で説明したマルチチップモジュールＭＣＭと同様の構成になっており、以下の構成が異なっている。即ち、Ａｕスタッドバンプ１は、接合材２を介在して搭載基板３の接続部４に電気的にかつ機械的に接続されている。そして、半導体チップ５と搭載基板３との間には、搭載基板３と半導体チップ５との熱膨張係数の差に起因する熱応力の集中によって生じる半導体チップ５の破損を抑制するため、アンダーフィル樹脂６が充填されている。更に、搭載基板３の裏面には、例えばプリント配線基板（ＰＣＢ）に電気的に接続するための外部端子としてのランド電極７が形成されている。
本実施例では前記図１〜図６等で示したボール状の突起電極は形成していなく、従って、モジュールの小型化、薄型化に優れる。図示しないが、ランド電極７の表面にＣｒ／Ｃｕ／Ａｕ等のバリア層を形成してもよい。搭載基板３は、主に、リジット基板（コア基板）８と、このリジット基板８の互いに向かい合う両面上にビルドアップ法によって形成された柔軟層９，１０と、この柔軟層９，１０を覆うようにして形成された保護膜１１，１２とを有する構成になっている。リジット基板８及び柔軟層９，１０は、詳細に図示していないが、例えば多層配線構造になっている。リジット基板８の各絶縁層は、例えばガラス繊維にエポキシ系若しくはポリイミド系の樹脂を含浸させた高弾性樹脂基板で形成され、柔軟層９，１０の各絶縁層は、例えばエポキシ系の低弾性樹脂で形成されている。
上記リジット基板８及び柔軟層９，１０で形成される多層配線の各配線層は、例えば銅（Ｃｕ）からなる金属膜で形成されている。保護膜１１及び１２は、例えばポリイミド系の樹脂で形成されている。保護膜１１は、主に柔軟層９の最上層の配線層に形成された配線を保護する目的で形成され、半導体チップ５に対しては実装時における接着用樹脂との接着力の確保や実装時の半田濡れ広がりを制御する。保護膜１２は、主に柔軟層１０の最上層の配線層に形成された配線を保護する目的で形成され、ランド電極７に対しては半田実装時の半田濡れ広がりを制御する。
半導体チップ５は、これに限定されないが、主に、半導体基板と、この半導体基板の一主面に形成された複数の半導体素子と、前記半導体基板の一主面上において絶縁層、配線層の夫々を複数段積み重ねた多層配線層と、この多層配線層を覆うようにして形成された表面保護膜（最終保護膜）とを有する構成になっている。半導体基板は例えば単結晶シリコンで形成され、絶縁層は例えば酸化シリコン膜で形成され、配線層は例えばアルミニウム（Ａｌ）又はアルミニウム合金等の金属膜で形成されている。表面保護膜は例えば酸化シリコン又は窒化シリコン等の絶縁膜及び有機絶縁膜で形成されている。
半導体チップ５の互いに対向する一主面及び他の主面（裏面）のうちの一主面には、複数の電極パッド１３が形成されている。複数の電極パッド１３は、半導体チップ５の多層配線層のうちの最上層の配線層に形成され、半導体チップ５の表面保護膜に形成されたボンディング開口によって露出されている。複数の電極パッド１３は、半導体チップ５の各辺に沿って配列されている。複数の電極パッド１３の夫々の平面形状は例えば７０［μｍ］×７０［μｍ］の四角形状で形成されている。また、複数の電極パッド１３の夫々は例えば８５［μｍ］程度の配列ピッチで配置されている。
半導体チップ３の一主面には、突起状電極として例えば金（Ａｕ）からなるスタッドバンプ１が配置されている。複数のスタッドバンプ１は半導体チップ５の一主面に配置された複数の電極パッド１３上に夫々配置され、電気的にかつ機械的に接続されている。スタッドバンプ１は、例えば、Ａｕワイヤを使用し、熱圧着に超音波振動を併用したボールボンディング法によって形成されている。ボールボンディング法は、Ａｕワイヤの先端部にボールを形成し、その後、超音波振動を与えながらチップの電極パッドにボールを熱圧着し、その後、ボールの部分からＡｕワイヤを切断してバンプを形成する方法である。従って、電極パッド上に形成されたスタッドバンプは、電極パッドに対して強固に接続されている。
以下、上記マルチチップモジュールＭＣＭの搭載基板上に前記ＡＳＩＣ等の半導体チップを面付けする場合の製造について、図１３乃至図１５を用いて説明する。図１３乃至図１５は、マルチチップモジュールＭＣＭの製造を説明するための要部断面図である。図１３に示すように、搭載基板３の一主面のチップ実装領域に配置された接続部４上に、例えばディスペンス法でペースト状の接合材２を供給する。接合材２としては、半田ペースト材を用いる。半田ペースト材としては、少なくとも微少な半田粒子とフラックスとを混練した半田ペースト材を用いる。本実施形態では、例えば３００℃程度の融点を有する９８［ｗｔ％］Ｐｂ（鉛）−２［ｗｔ％］Ｓｎ（錫）組成の半田粒子を混練した半田ペースト材を用いた。ディスペンス法とは、半田ペースト材を細いノズルから突出させて塗布する方法である。
次に、図１４に示すように、搭載基板３をヒートステージ１４上に配置し、その後、接続部４上にスタッドバンプ１が位置するようにチップ実装領域上に半導体チップ５をコレット１５で搬送し、その後、搭載基板３をヒートステージ１４で加熱し、かつ半導体チップ５をコレット１５で加熱して、図１５に示すように接合材２を溶融し、その後、溶融した接合材２を凝固させる。これにより、搭載基板３の一主面のチップ実装領域に半導体チップ３が実装される。
そして、前記図１０に示すように、搭載基板３の一主面のチップ実装領域と半導体チップ５との間にアンダーフィル樹脂６を充填する。この後、前記図１〜図６に示したＭＣＭと同様に、半導体チップ５上に、その裏面同士が向かい合いようにＳＤＲＡＭを積層し、その後、ＳＤＲＡＭの電極パッドと搭載基板３の接続部４をボンデイングワイヤで接続し、更にＦＬＡＳＨ２００を積層し、ボンデイングワイヤで接続する。最後に上記４個の半導体チップＳＡＩＣ，ＳＤＲＡＭ，ＦＬＡＳＨ及び前記ボンデイングワイヤを樹脂で封止することによりマルチチップモジュールＭＣＭがほぼ完成する。
ＬＧＡ型ＭＣＭをＰＣＢに実装する場合は、例えば、予めＰＣＢ側の接続用電極に印刷等で半田層を形成しておき、ＬＧＡ型ＭＣＭの裏面に形成されたランド電極を上記ＰＣＢ側の接続用電極に位置合わせを行い、その後、半田リフローを行うことにより、上記半田層によって両者の接続が行われる。また、ＬＧＡ型ＭＣＭのランド電極に予め印刷等で半田層を薄く形成しておいてもよい。
以上本発明者によってなされた発明を、前記実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施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において種々変更可能である。例えば、２つのＳＤＲＡＭを上部に設けてもよい。つまり、ＡＳＩＣとＦＬＡＳＨを下側に積層してもよい。また、図９の実施例において、スペーサ４００をＦＬＡＳＨ２００に置き換えてもよい。例えば、上記ＦＬＡＳＨ２００の電極が方形のチップの１つの辺に集まって形成されている場合、その部分にＳＤＲＡＭが搭載されないように積層構造にすればよい。ただし、ＳＤＲＡＭとＦＬＡＳＨのチップのサイズが上記のような関係を満足する必要がある。この発明は、マルチチップモジュールを構成する半導体装置に広く利用できる。
この発明に係るマルチチップモジュールを説明するための一実施例の断面図である。 この発明に係るマルチチップモジュールを説明するための一実施例の断面図である。 この発明に係るマルチチップモジュールを説明するための一実施例の断面図である。 この発明に係るマルチチップモジュールを説明するための一実施例の断面図である。 この発明に係るマルチチップモジュールを説明するための一実施例の断面図である。 この発明に係るマルチチップモジュールを説明するための一実施例の断面図である。 この発明に係るマルチチップモジュールを説明するための一実施例の平面図である。 この発明に係るマルチチップモジュールの一実施例を示す断面図である。 この発明に係るマルチチップモジュールの他の一実施例を示す断面図である。 この発明に用いられるマイコンＬＳＩの一実施例を示すブロック図てある。 この発明に係るマルチチップモジュールの一実施例を示すブロック図である。 この発明に用いられるランド・グリッド・アレイ型のマルチチップモジュールの一実施例の断面図である。 この発明に用いられるランド・グリッド・アレイ型のマルチチップモジュールの一実施例の断面図である。 この発明に用いられるランド・グリッド・アレイ型のマルチチップモジュールの一実施例の断面図である。 この発明に用いられるランド・グリッド・アレイ型のマルチチップモジュールの一実施例の断面図である。
符号の説明
１００…搭載基板、１０１…電極、２００…ＦＬＡＳＨ、２０１…Ａｕバンプ、３００，３０１…ＳＤＲＡＭ、３０２，３０４…ダイボンドフィルム、３０３，３０５…ワイヤ、４００…スペーサ、４０１…ダイボンドフィルム、５００…ＡＳＩＣ、５０１…ターミナルチップ、５０１’…スペーサ、５０２，５０３…ダイボンドフィルム５０４，５０５…ワイヤ、６００…樹脂封止体、７００…ボール、
ＣＰＵ…中央処理装置、ＤＳＰ…データシグナルプロセッサＤＳＰ、ＸＹＭＥＭ…メモリ、ＸＹＣＮＴ…メモリコントローラ、ＣＡＣＨＥ…キュッシュメモリ、ＣＣＮ…キャッシュメモリコントローラ、ＭＭＵ…メモリマネージメントコントローラ、ＴＬＢ…トランスレーションルックアサイドバッファ、ＩＮＴＣ…割り込みコントローラ、ＣＰＧ／ＷＤＴ…クロック発振器／ウォッチドッグタイマ、ＶＩＯ…ビデオＩ／Ｏモジュール、ＵＢＣ…ユーザーブレークコントローラ、ＡＵＤ…アドバンストユーザーデバッガ、ＴＭＵ…タイマユニット、ＣＭＴ…コンペアマッチタイマ、ＳＩＯＦ０…シリアルＩ／Ｏ（ＦＩＦＯ付き）、ＳＣＩＦ１…ＦＩＦＯ内蔵シリアルコミュニケーションインターフェイス、Ｉ2 Ｃ…Ｉ2 Ｃコントローラ、ＭＦＩ…多機能インターフェイス、ＦＬＣＴＬ…ＮＡＮＤ／ＡＮＤフラッシュインターフェイス、Ｈ−ＵＤＩ…ユーザーデバックインターフェイス、ＡＳＥＲＡＭ…ＡＳＥメモリ、ＰＦＣ…メモリピンファンクションコントローラ、ＲＷＤＴ…ＲＣＬＫ動作ウォッチドッグタイマ、ＢＳＣ…バスステートコントローラ、ＤＭＡＣ…ダイレクトメモリアクセスコントローラ。
１…Ａｕスタッドバンプ、２…接合材、３…搭載基板、４…接続部、５…半導体チップ、６…アンダーフィル樹脂、７…ランド電極、８…リジット基板、９，１０…柔軟層、１１，１２…保護膜、１３…電極パッド、１４…ヒートステージ。

Claims (10)

  1. 搭載基板の表面上に面付けされた第１半導体チップと、
    上記第１半導体チップ上に背中合わせで搭載され、チップ表面の周辺部にボンディングパッドが設けられた第２半導体チップと、
    上記第２半導体チップ表面の上記ボンディングパッドが形成される部分を含む所定エリアを除いた部分に搭載されたスペーサと、
    上記スペーサ上に搭載され、上記第２半導体チップと同じ回路機能を有し、同じ向きに搭載された第３半導体チップと、
    上記第２半導体チップ及び第３半導体チップのボンディングパッドを上記搭載基板上に形成された対応する電極に対してそれぞれ共通に接続するボンディングワイヤと、
    上記搭載基板上の上記第１、第２、第３半導体チップ及びボンディングワイヤを封止する封止体とを備えてなることを特徴とするマルチチップモジュール。
  2. 請求項１において、
    上記第３半導体チップの裏面は、電気絶縁性を有するものであることを特徴とするマルチチップモジュール。
  3. 請求項２において、
    上記第３半導体チップ裏面の電気絶縁性は、第３半導体チップを上記スペーサの表面に固着するダイボンドフィルムにより構成されることを特徴とするマルチチップモジュール。
  4. 請求項３において、
    スペーサは、多結晶シリコンを含むものあることを特徴とするマルチチップモジュール。
  5. 請求項４において、
    上記第２半導体チップは、上記第１半導体チップの表面にダイボンドフィルムにより固着されるものであることを特徴とするマルチチップモジュール。
  6. 請求項１において、
    上記第１半導体チップは、上記第２及び第３半導体チップよりも小さなサイズに形成されるものであることを特徴とするマルチチップモジュール。
  7. 請求項１において、
    上記第３半導体チップの表面には、上記第３半導体チップ表面の上記ボンディングパッドが形成される部分を含む所定エリアを除いた部分に搭載され、チップ表面の周辺部にボンディングパッドが設けられた第４半導体チップを更に有し、
    上記第４半導体チップのボンディングパッドは、上記搭載基板上に形成された対応する電極に対してボンディングワイヤにより接続されてなることを特徴とするマルチチップモジュール。
  8. 請求項７において、
    上記第１半導体チップは、電気的に消去が可能とされ、不揮発性メモリセルに記憶情報を記録するメモリチップであり、
    上記第２及び第３半導体チップは、ダイナミック型メモリセルに記憶情報を記憶するメモリチップであり、
    上記第４チップは、マイクロプロセッサを含む半導体チップであることを特徴とするマルチチップモジュール。
  9. 請求項７において、
    上記第１半導体チップは、上記第４半導体チップよりも多い数の接続電極を有することを特徴とするマルチチップモジュール。
  10. 請求項９において、
    上記第１チップは、マイクロプロセッサを含む半導体チップであり、
    上記第２及び第３チップは、ダイナミック型メモリセルに記憶情報を記憶するメモリチップであり、
    上記第４チップは、電気的に消去が可能とされ、不揮発性メモリセルに記憶情報を記録するメモリチップであることを特徴とするマルチチップモジュール。
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