JP2005167159A - Laminated semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、種類の異なる半導体素子を搭載した積層型半導体装置に関し、特に複数の半導体パッケージが積層配置されたものに関する。 The present invention relates to a stacked semiconductor device on which different types of semiconductor elements are mounted, and more particularly to a stacked semiconductor device in which a plurality of semiconductor packages are stacked.
近年、携帯電話、デジタルカメラ等の携帯型機器は、小型化、薄型化、軽量化が進められ、これに伴い電子部品の小型・薄型化、高性能・多機能化の要求が増している。このような流れの中で、半導体製品においても、パッケージの小型・軽量化、高性能・多機能化が進められてきた。特にメモリ製品では、大記録容量化、小型軽量化、低コスト化の要求が高く、さまざまなメモリICのパッケージ構造、実装構造が考えられている。 In recent years, portable devices such as mobile phones and digital cameras have been reduced in size, thickness, and weight, and accordingly, there has been an increasing demand for smaller and thinner electronic components and higher performance and more functions. In this trend, semiconductor products have been made smaller and lighter and have higher performance and more functions. Particularly in memory products, there are high demands for large recording capacity, small size, light weight, and low cost, and various memory IC package structures and mounting structures are considered.
メモリICを搭載したパッケージは、一般的に、TSOP等の薄型モールドパッケージをベース基板にはんだ付けする方法や、ベアチップをワイヤボンディングや、フリップチップ実装法等によってベース基板に直接接続する方法がとられる。しかし、同一面積に搭載できる容量はチップサイズで決定されてしまうことから、さらに大容量化を進めるために、チップを三次元的に積層する実装構造のパッケージの製品化が進められてきた(例えば特許文献1参照)。 In general, a package mounting a memory IC includes a method in which a thin mold package such as TSOP is soldered to a base substrate, or a method in which a bare chip is directly connected to the base substrate by wire bonding, flip chip mounting, or the like. . However, since the capacity that can be mounted in the same area is determined by the chip size, in order to further increase the capacity, commercialization of a package having a mounting structure in which chips are three-dimensionally stacked has been promoted (for example, Patent Document 1).
図45はこのような三次元実装構造の積層型半導体装置10の構造を示す断面図である。積層型半導体装置10は、ベース基板11と、このベース基板11上に積層配置された4組の半導体パッケージ20と、これら半導体パッケージ20間に配置された中間基板12と、これらを一体に封止するエポキシ系の接着剤13と、天板14とを備えている。ベース基板11上にははんだメッキ等により電極部材11a、中間基板12上には接続ランド12a,12bが形成されている。
FIG. 45 is a cross-sectional view showing the structure of the
半導体パッケージ20は、ガラスエポキシ樹脂で形成された薄型の配線基板21と、この配線基板21の表面に設けられた配線パターン21a上にフリップチップ法で接続された半導体素子22と、この半導体素子22と配線基板21とを固定する異方性導電膜23とを備えている。なお、図45中24は金バンプを示している。
The
配線基板21の両面側には、接続ランド21b,21cが設けられ、これら接続ランド21b,21cはスルーホール21dにより接続されている。
最下層の半導体パッケージ20の接続ランド21cは、ベース基板11の電極部材11aが接続されている。
The
このような積層型半導体装置10は次のような工程で製造する。すなわち、半導体素子22をそれぞれフリップチップ接続により配線基板21に実装して半導体パッケージ20を形成した後、最下層の半導体パッケージ20の接続ランド21cをベース基板11の電極部材11aに接続する。このとき、電極部材11aには、例えば、接着剤ないしフラックス等の表面活性成分を含む樹脂を供給する。
Such a stacked
次に、交互に半導体パッケージ20と中間基板12とを積層し、それぞれの接続ランド21b,21c及び接続ランド12a,12b同士で接続する。半導体パッケージ20を4段積層した後に、熱圧着等により接続を行うと共に、接着剤13を硬化させて封止を行う。
Next, the
メモリ製品では上述したよう実装構造を採用することにより、1パッケージ内の大記録容量化を進めてきたが、現在、さらにメモリ機能とロジック機能を1パッケージに持たせた半導体パッケージの要求が増してきている。メモリ機能とロジック機能を1パッケージに持たせるためには、メモリ機能及びロジック機能の両機能を有する半導体素子を開発する方法と、現在の大記録容量のメモリ製品と同様に、メモリICとロジックICをそれぞれ薄型の配線基板にフリップチップ実装したパッケージをベース基板に積層して多機能化を実現する方法とがある。 In memory products, the mounting structure as described above has been used to increase the recording capacity in one package. Currently, however, there is an increasing demand for a semiconductor package having a memory function and a logic function in one package. ing. In order to provide a memory function and a logic function in one package, a memory IC and a logic IC are developed as well as a method for developing a semiconductor element having both a memory function and a logic function, and a memory product having a large recording capacity. There is a method of realizing multi-functionality by stacking a package in which each is flip-chip mounted on a thin wiring substrate on a base substrate.
しかしながら、メモリ機能とロジック機能を1チップに付与した半導体素子は、メモリ製品と同様、同一面積に搭載できる容量、機能はチップサイズで決定するため、高機能化、高性能化のためにはチップサイズが大きくなるという問題を抱えている。また、メモリ機能とロジック機能を混載した半導体素子の製造コストは高いとともに、開発期間が長くなるという問題も発生する。 However, semiconductor elements with a memory function and a logic function added to a single chip, like a memory product, have a capacity and a function that can be mounted on the same area, which are determined by the chip size. I have the problem of increasing size. In addition, the manufacturing cost of the semiconductor element in which the memory function and the logic function are mixedly mounted is high, and there is a problem that the development period becomes long.
一方、メモリICとロジックICをそれぞれフリップチップ実装した配線基板をベース基板に積層することにより、メモリ機能とロジック機能を半導体パッケージに持たせる場合、実装構造は、メモリ製品で扱ってきた構造をそのまま展開することが可能であるというメリットがある。 On the other hand, when a semiconductor package is provided with a memory function and a logic function by laminating a wiring board on which a memory IC and a logic IC are flip-chip mounted on a base substrate, the mounting structure is the same as the structure handled in the memory product. There is an advantage that it can be deployed.
また、メモリICとロジックICが個別に実装されたパッケージを積層した構造をとることから、ユーザ間の要求機能の違いも積層する半導体素子の品種の変更により容易に対応することが可能であり、パッケージの開発期間が短いというメリットを有している。このため、今後のメモリ機能とロジック機能を混載した半導体パッケージの開発は半導体素子を積層する構造で進められていくことが予想される。
上述した積層型半導体装置であると次のような問題があった。すなわち、複数個の半導体素子を積層した構造をとる半導体パッケージによりメモリ製品の大記録容量化が進められてきたが、このパッケージ積層構造では半導体素子の厚さ分の中間部材が必ず必要になること、また、半導体パッケージ間の接続と導通のために貫通電極を薄型の配線基板に設ける必要があることから、部材コストが高いという問題がある。また、半導体パッケージの外部接続ランドを三次元的接続するため、製造歩留まりの確保も困難である。 The stacked semiconductor device described above has the following problems. That is, the memory package has been increased in capacity by a semiconductor package having a structure in which a plurality of semiconductor elements are stacked. However, in this package stacked structure, an intermediate member corresponding to the thickness of the semiconductor element is necessarily required. Moreover, since it is necessary to provide a through electrode on a thin wiring board for connection and conduction between semiconductor packages, there is a problem that the member cost is high. Further, since the external connection lands of the semiconductor package are three-dimensionally connected, it is difficult to secure the manufacturing yield.
さらに、メモリ機能とロジック機能を混載した半導体パッケージをこれまでメモリ製品で用いられてきた三次元積層構造で実現する場合、ロジックICの動作時に発生する熱により半導体素子が高温化することが予想され、現在の構造では、ロジックICから発生した熱を放熱するのが困難であるという問題がある。 Furthermore, when a semiconductor package in which a memory function and a logic function are mixed is realized with the three-dimensional stacked structure that has been used in memory products so far, it is expected that the temperature of the semiconductor element will be increased by heat generated during the operation of the logic IC. However, the current structure has a problem that it is difficult to dissipate heat generated from the logic IC.
そこで本発明は、メモリICとロジックICを三次元的に積層したものであっても、低コストで製造できるとともに、小型で、ロジックICの放熱効率を向上させることができる積層型半導体装置を提供することを目的としている。 Accordingly, the present invention provides a stacked semiconductor device that can be manufactured at a low cost even when a memory IC and a logic IC are three-dimensionally stacked, and is small in size and can improve the heat dissipation efficiency of the logic IC. The purpose is to do.
上記課題を解決し目的を達成するために、本発明の積層型半導体装置は次のように構成されている。 In order to solve the above problems and achieve the object, the stacked semiconductor device of the present invention is configured as follows.
(1)メモリICが実装された配線基板を有するメモリ型半導体パッケージと、ロジックICが実装されたロジック配線基板を有するロジック型半導体パッケージと、これらメモリ型半導体パッケージ及びロジック型半導体パッケージを少なくとも1つずつ積層配置して搭載するベース基板と、少なくとも上記ベース基板と最も離れた最上層には上記ロジック型半導体パッケージが配置されていることを特徴とする。 (1) A memory type semiconductor package having a wiring board on which a memory IC is mounted, a logic type semiconductor package having a logic wiring board on which a logic IC is mounted, and at least one of these memory type semiconductor package and logic type semiconductor package The logic type semiconductor package is disposed on a base substrate to be stacked and mounted, and at least on the uppermost layer farthest from the base substrate.
(2)上記(1)に記載された積層型半導体装置であって、上記最上層のロジック型半導体パッケージのロジックICには放熱部材が取付けられていることを特徴とする。 (2) In the stacked semiconductor device described in (1) above, a heat radiation member is attached to the logic IC of the uppermost logic type semiconductor package.
(3)上記(1)に記載された積層型半導体装置であって、上記最上層のロジック型半導体パッケージの配線基板には放熱部材が取り付けられ、上記配線基板には、基板両面相互の熱伝導を行う熱伝導部材が設けられていることを特徴とする。 (3) In the stacked semiconductor device described in (1) above, a heat dissipation member is attached to the wiring substrate of the uppermost logic type semiconductor package, and heat conduction between both surfaces of the substrate is performed on the wiring substrate. A heat conducting member for performing is provided.
(4)上記(1)に記載された積層型半導体装置であって、上記メモリ型半導体パッケージは複数積層され、そのうち外部電極の数が少ないメモリ型半導体パッケージが上記ベース基板側に配置されていることを特徴とする。 (4) In the stacked semiconductor device described in (1) above, a plurality of the memory type semiconductor packages are stacked, and a memory type semiconductor package with a small number of external electrodes is disposed on the base substrate side. It is characterized by that.
(5)上記(1)に記載された積層型半導体装置であって、上記メモリ型半導体パッケージは複数積層され、そのうち配線基板の面積の小さいメモリ型半導体パッケージが上記ベース基板側に配置されていることを特徴とする。 (5) In the stacked semiconductor device according to (1), a plurality of the memory type semiconductor packages are stacked, and a memory type semiconductor package having a small area of the wiring board is disposed on the base substrate side. It is characterized by that.
(6)その中央側に半導体素子が実装されるとともに外周側の少なくとも一辺に外部接続ランドが設けられた配線基板を有する半導体パッケージと、これら半導体パッケージを複数積層配置して搭載するベース基板とを備え、上記ベース基板は、上記複数の半導体パッケージのうち、第1の半導体パッケージの外部接続ランドとを接続するための電極列を有する第1の電極部と、第2の半導体パッケージを接続するための電極列を有する第2の電極部とを備え、上記第1の電極部における電極列の配設方向と上記第2の電極部の電極列の配設方向とが交差する向きに配置されていることを特徴とする。 (6) A semiconductor package having a wiring board in which a semiconductor element is mounted on the center side and an external connection land is provided on at least one side on the outer peripheral side, and a base board on which a plurality of these semiconductor packages are stacked and mounted. And the base substrate connects the second semiconductor package with a first electrode portion having an electrode array for connecting an external connection land of the first semiconductor package among the plurality of semiconductor packages. A second electrode portion having a plurality of electrode rows, wherein the electrode row arrangement direction in the first electrode portion and the electrode arrangement direction of the second electrode portion intersect with each other. It is characterized by being.
(7)上記(6)に記載された積層型半導体装置であって、上記複数の半導体パッケージは、相異なる複数の品種を少なくとも1つずつ有し、上記配線基板に設けられた電極部のうち、同一品種の半導体パッケージに対応する電極部の電極列の配設方向は平行して配置されていることを特徴とする。 (7) In the stacked semiconductor device according to (6), the plurality of semiconductor packages have at least one of a plurality of different varieties, and among the electrode portions provided on the wiring board The arrangement direction of the electrode rows of the electrode portions corresponding to the same type of semiconductor package is arranged in parallel.
(8)上記(7)に記載された積層型半導体装置であって、上記半導体パッケージのうち同一品種の半導体パッケージが接続された上記電極部相互間は、その一部が導通していることを特徴とする。 (8) In the stacked semiconductor device described in (7) above, a part of the semiconductor parts connected to the same type of semiconductor package is electrically connected. Features.
(9)上記(6)に記載された積層型半導体装置であって、上記複数の半導体パッケージのうち外部電極の数が少ない半導体パッケージが上記ベース基板側に配置されていることを特徴とする。 (9) The stacked semiconductor device according to (6), wherein a semiconductor package having a small number of external electrodes among the plurality of semiconductor packages is arranged on the base substrate side.
(10)上記(6)に記載された積層型半導体装置であって、上記複数の半導体パッケージのうち配線基板の面積の小さい半導体パッケージが上記ベース基板側に配置されていることを特徴とする。 (10) The stacked semiconductor device according to (6), wherein a semiconductor package having a small area of a wiring board among the plurality of semiconductor packages is arranged on the base substrate side.
本発明によれば、メモリICとロジックICを積層したものであっても、低コストで製造できるとともに、小型で、ロジックICの放熱効率を向上させることが可能となる。 According to the present invention, even if a memory IC and a logic IC are stacked, they can be manufactured at a low cost, and the size can be reduced and the heat dissipation efficiency of the logic IC can be improved.
図1は本発明の第1の実施の形態に係る積層型半導体装置100を示す断面図である。積層型半導体装置100は、ベース基板101を備えている。ベース基板101上には、ベース基板101側から第1のメモリ型半導体パッケージ110と、第2のメモリ型半導体パッケージ120と、ロジック型半導体パッケージ130とが順次積層配置され、ロジック型半導体パッケージ130にはさらに異方性導電膜140を介して金属キャップ150が取付けられている。
FIG. 1 is a sectional view showing a
第1のメモリ型半導体パッケージ110は、図2及び図3に示すように、厚さが50μm程度のガラスエポキシ等で形成された配線基板111を備えている。配線基板111の主面(図1中下面)111a上には、厚さが18μm程度の銅等の配線パターン112と、直径100μm程度の外部接続ランド113が形成されている。なお、外部接続ランド113の表面には、例えば、厚さ5μm程度の錫等のはんだ114がめっきにより形成されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the first memory
また、配線パターン112の所定の個所には、厚さが60μm程度に形成されることにより可撓性を有するメモリIC115が、高さ10〜30μm程度のバンプ116を介してフリップチップ実装されている。
In addition, a
なお、メモリIC115をフリップチップ接続させる際は、異方性導電膜(ACF)117を間に介在させて、例えば、180℃の温度で熱圧着することにより、電気的接続を行うと同時に、樹脂封止も行われている。
When the
第1のメモリ型半導体パッケージ110の外形サイズは10mm×10mmで厚さ50μm、外部接続ランド113は40個であり、サイズが6mm×7.5mmのメモリIC114の1辺の外側にのみ千鳥配置で2列に配置されている。配線基板111のサイズと外部接続ランド113の数は搭載するメモリIC115の種類によって異なっている。
The external size of the first memory
第2のメモリ型半導体パッケージ120は、図2及び図3に示すように、第1のメモリ型半導体パッケージ110とほぼ同様に形成されている。すなわち、配線基板121の主面(図1中下面)121a上には、厚さが18μm程度の銅等の配線パターン122と、直径100μm程度の外部接続ランド123が形成されている。なお、外部接続ランド123の表面には、例えば、厚さ5μm程度の錫等のはんだ124がめっきにより形成されている。
The second memory
また、配線パターン122の所定の個所には、厚さが60μm程度に形成されることにより可撓性を有するメモリIC125が、高さ10〜30μm程度のバンプ126を介してフリップチップ実装されている。
Further, a
第2のメモリ型半導体パッケージ120の外形サイズは11mm×11mm、外部接続ランド113は50個であり、サイズが9mm×10mmのメモリIC124の1辺の外側にのみ千鳥配置で2列に配置されている。
The second memory
ロジック型半導体パッケージ130は、図4及び図5に示すように、厚さが50μm程度のガラスエポキシ等で形成された配線基板131を備えている。配線基板131の主面(図1中上面)131a上には厚さが18μm程度の銅等の配線パターン132が形成され、第2主面(図1中下面)131b上には直径100μm程度の外部接続ランド133が形成されている。なお、配線パターン132と外部接続ランド133とは配線基板131に設けられた貫通孔131cに充填された導通部131dを介して接続されている。また、外部接続ランド133の表面には、例えば、厚さ5μm程度の錫等のはんだ134がめっきにより形成されている。
As shown in FIGS. 4 and 5, the logic
また、配線パターン132の所定の個所には、厚さが60μm程度に形成されることにより可撓性を有するロジックIC135が、高さ10〜30μm程度のバンプ136を介してフリップチップ実装されている。
In addition, a
なお、ロジックIC135をフリップチップ接続させる際は、異方性導電膜137を間に介在させて、例えば、180℃の温度で熱圧着することにより、電気的接続を行うと同時に、樹脂封止も行われている。
When flip-chip connection of the
ロジック型半導体パッケージ130の外形サイズは例えば14mm×14mmで厚さ50μm、外部接続ランド133は40個であり、サイズが例えば8.5mm×8.5mmのロジックIC135の相対向する2辺の外側にのみ千鳥配置でそれぞれ2列に配置されている。
The external size of the logic
接着部材140は、異方性導電膜から形成されており、そのサイズは例えば9.0mm×9.0mmである。異方性導電膜140のサイズは、ロジックIC135と同一サイズもしくは、小さくてもよい。金属キャップ150は、銅等の金属材製で有底筒状に形成されている。
The
ベース基板101は、図6に示すように、外部接続ランド113,123,133との接続に供される電極部102〜105が設けられている。電極部102〜105は積層型半導体装置100の外部への接続端子(不図示)に接続されている。電極部102〜105には、金バンプ106がそれぞれ取り付けられている。
As shown in FIG. 6, the
図7〜図18は、上述した積層型半導体装置100の製造工程について示す図である。なお、これらの図中Tは吸着機能を有する加熱加圧ツールを示している。最初に、第1のメモリ型半導体パッケージ110の外部接続ランド113を十分に覆うように異方性導電膜を150℃で10秒間熱圧着することにより仮貼付けする。このメモリ型半導体パッケージ110を、加熱加圧ツールTを用いて配線基板111の第2の主面111b側を保持し、外部接続ランド113がベース基板101の電極部102とが対向するように位置合わせしてマウントする。
7 to 18 are diagrams illustrating the manufacturing process of the stacked
次に、加熱加圧ツールTにより配線基板111の第2の主面111b側から1.0N/バンプの荷重をかけて180℃で20秒加熱することにより、第1層のメモリ型半導体パッケージ110とベース基板101を接続する。
Next, by applying a load of 1.0 N / bump from the second main surface 111b side of the
次に、第2のメモリ型半導体パッケージ120を第1のメモリ型半導体パッケージ110のベース基板101への接続時と同様に接続し、さらに、ロジック型半導体パッケージ130についても同様に接続する。
Next, the second memory
次に、異方性導電膜140が仮圧着された金属キャップ150を、ロジックIC135と異方性導電膜140の位置を合わせした後にマウントする。次に、加熱加圧ツールTで120℃、5Nの荷重で10秒間加圧することにより仮圧着した後、125℃のオーブンで1時間放置して樹脂を完全硬化する。
Next, the
このような本発明の第1の実施の形態に係る積層型半導体装置100では、ベース基板101に接続する第1のメモリ型半導体パッケージ110は、第2のメモリ半導体パッケージ120よりも、外部接続ランド113の数が少なく、かつ、配線基板111のサイズの小さいものが選定されているので、ベース基板101の実装面積を小さくすることができ、このためベース基板101のサイズを小さくすることができ、ひいては積層型半導体装置100自体を小型化することができる。
In the
一方、ベース基板101に積層する単体のメモリ型半導体パッケージの配線基板111,121,131の片面側にのみ外部接続ランド113,123,133を設けるとともに、中間材を使用しないことにより部材コストを低減し、低コストで製造することが可能となる。
On the other hand, the external connection lands 113, 123, 133 are provided only on one side of the
さらに、単体のロジック型半導体パッケージ130と積層型半導体装置の保護にも用いられる金属キャップ150と接着することにより、積層型半導体装置の動作時にロジックICから発生する熱を効率よく放熱可能な積層型半導体装置を実現する。
Furthermore, by bonding a single logic
上述したように、本発明の第1の実施の形態に係る積層型半導体装置100によれば、メモリICとロジックICを積層したものであっても、低コストで製造できるとともに、小型で、ロジックICの放熱効率を向上させることが可能となる。
As described above, according to the
なお、上述した第1の実施の形態においては、外部接続ランド113,123の配置個所は、搭載されたメモリIC115,125の1辺の外側にのみ配置したが、これに限られず、2辺の外側でも3辺の外側でも良い。また、外部接続ランド113は2列で千鳥配置されている必要はなく、1列でも3列でもよく、また、千鳥配列でなくともよい。
In the first embodiment described above, the locations of the external connection lands 113 and 123 are arranged only on the outer side of one side of the mounted
また、第1のメモリ半導体パッケージ110を電極部102以外の領域でも接着するために、外部接続ランドを十分に覆うように供給された異方性導電膜を第1のメモリ型半導体パッケージ110の配線基板111の主面111a全面に供給するようにしてもよい。なお、異方性導電膜ではなく、封止樹脂ペーストもしくは封止樹脂膜を用いても良い。
In addition, in order to bond the first
但し、封止樹脂ペーストもしくは封止樹脂膜は、その硬化特性が異方性導電膜と同等であることが望ましく、また、その硬化後の樹脂物性についても、メモリIC115と配線基板111の接続信頼性を確保するため、異方性導電膜117と同等か、少なくとも線膨張係数もしくはヤング率が同等であることが望ましい。しかしながら、積層型半導体装置100に要求される信頼性を満たす接着部材であれば、上述の限りではない。さらに樹脂に高い熱伝導率を確保するため、樹脂には1〜5μm程度のNi等の金属粉末が混入されていても良い。
However, it is desirable that the sealing resin paste or the sealing resin film has the same curing property as that of the anisotropic conductive film, and the resin physical properties after the curing are also reliable in connection between the
なお、異方性導電膜140の代わりにエポキシ樹脂等の封止樹脂ペーストもしくは封止樹脂膜を用いても良い。この場合に封止樹脂ペーストもしくは封止樹脂膜に要求される条件は前述したものと同様である。
Instead of the anisotropic
さらにまた、異方性導電膜140は、ロジックIC135の裏面に仮圧着されていてもよい。また、ベース基板101の外周部上に異方性導電膜140と同種の異方性導電膜を供給し、ベース基板101と金属キャップ150を接着し、積層型半導体装置100を強固に固着するようにしてもよい。
Furthermore, the anisotropic
また、フリップチップ接続については、熱圧着以外にもはんだ接合方式や圧着接続法等を用いてもよい。 For flip chip connection, a solder bonding method, a crimp connection method, or the like may be used in addition to thermocompression bonding.
図19は本発明の第2の実施の形態に係る積層型半導体装置200を示す縦断面図である。図19において、図1と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
FIG. 19 is a longitudinal sectional view showing a
積層型半導体装置200が上述した積層型半導体装置100と異なる点は、メモリ型半導体パッケージ110、120及びロジック型半導体パッケージ130間が異方性導電膜201で接着されている点である。
The difference between the
このように構成された積層型半導体装置200によれば、上述した積層型半導体装置100と同様の効果を得ることができるとともに、その動作時にロジックIC135から発生する熱を、異方性導電膜201を介して金属キャップ150に伝えることにより、放熱することが可能になる。
According to the
図20は本発明の第3の実施の形態に係る積層型半導体装置300を示す縦断面図、図21は同積層型半導体装置300に組み込まれたロジック型半導体パッケージ330を示す縦断面図、図22は同ロジック型半導体パッケージ330の平面図である。これらの図において、図1と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
20 is a longitudinal sectional view showing a stacked semiconductor device 300 according to the third embodiment of the present invention, and FIG. 21 is a longitudinal sectional view showing a logic
積層型半導体装置300が上述した積層型半導体装置100と異なる点は、ロジック型半導体パッケージ130の代わりにロジック型半導体パッケージ330が設けられている点にある。ロジック型半導体パッケージ330は、図21に示すように、厚さが50μm程度のガラスエポキシ等で形成された配線基板331を備えている。配線基板331の主面(図21中下面)331a上には厚さが18μm程度の銅等の配線パターン332及び直径100μm程度の外部接続ランド333が形成されている。外部接続ランド333との絶縁が取れた場所で、ロジックIC335の実装面内全面に、銅等の熱伝導部材340が充填された、例えばφ100μmの貫通孔331cが複数配置されている。
The stacked semiconductor device 300 is different from the stacked
また、外部接続ランド333の表面には、例えば、厚さ5μm程度の錫等のはんだ334がめっきにより形成されている。外部接続ランド333は、ロジックIC335の4辺の外側に2列に千鳥配列されている。
Further, on the surface of the
また、配線パターン332の所定の個所には、厚さが60μm程度に形成されることにより可撓性を有するロジックIC335が、高さ10〜30μm程度のバンプ336を介してフリップチップ実装されている。
Further, a
なお、ロジックIC335をフリップチップ接続させる際は、異方性導電膜337を間に介在させて、例えば、180℃の温度で熱圧着することにより、電気的接続を行うと同時に、樹脂封止も行われている。
When flip-chip connection of the
このように構成された積層型半導体装置300によれば、上述した積層型半導体装置100と同様の効果を得ることができるとともに、ロジックIC335が配線基板311に対して金属キャップ150と反対側に配置されている場合であっても、ロジックIC334で発生した熱を熱伝導部材340を介して異方性導電膜140及び金属キャップ150に伝えることで十分な放熱を行うことが可能になる。
According to the stacked semiconductor device 300 configured as described above, the same effects as those of the stacked
図23は本発明の第4の実施の形態に係る積層型半導体装置400の縦断面図、図24は平面図である。積層型半導体装置400は、ベース基板401を備えている。ベース基板401上には、ベース基板401側からメモリ型半導体パッケージ410、メモリ型半導体パッケージ420、メモリ型半導体パッケージ430が順次積層配置されいる。3個の半導体パッケージ410〜430のうち、例えば2個は同一品種の第1のメモリ型半導体パッケージであり、残りの1個は他の2個とは品種の異なる第2のメモリ型半導体パッケージである。
FIG. 23 is a longitudinal sectional view of a
図25は、積層させる前のメモリ型半導体パッケージ410を示す縦断面図、図26は平面図である。厚さが50μm程度のガラスエポキシ基板等で基板が形成されている配線基板411と、その主面411a(図25中上面)上には、厚さが18μm程度の銅等の配線パターン412とφ100μm程度の接続ランド413が形成されている。なお、外部接続ランド413の表面には、例えば、厚さ5μm程度の錫等のはんだ414がめっきにより形成されている。また、配線パターン412の所定の個所には、厚さが60μm程度に形成されることにより可擁性を有するメモリIC415が、高さ10〜30μm程度のバンプ416を用いることにより、実装されている。例えば、第1のメモリ型半導体パッケージ410に搭載されるメモリIC415のサイズは6mm×7.5mmである。
25 is a longitudinal sectional view showing the memory
メモリIC415をフリップチップ接合させる際は、樹脂中に導電粒子を分散配置させた異方性導電膜417を間に介在させて、例えば、180℃の温度で熱圧着することにより、電気的接続を行うと同時に、樹脂封止も行う。
When flip-chip bonding the
第1のメモリ型半導体パッケージ410の外形サイズは10mm×10mm、配線基板411に設けられた外部接続ランド413は40個であり、メモリIC415の1辺の外側にのみ千鳥配置で2列に配置されている。
The external size of the first memory
但し、外部接続ランドの配置個所は、搭載されたメモリIC415の1辺の外側にのみ配置されている必要はなく、2辺の外側もしくは3辺の外側に配置されてもよい。また、接続ランドは2列で千鳥配置されている必要はなく、1列でも3列でもよく、また、千鳥配列である必要もない。
However, the location of the external connection land does not need to be arranged only outside one side of the mounted
第2のメモリ型半導体パッケージ420は、第1のメモリ型半導体パッケージ410と同様な構造である。但し、サイズ等が異なっている。例えば、第2のメモリ型半導体パッケージに搭載されるメモリIC425のサイズは9mm×10mmであり、配線基板421の外形サイズは11mm×11mmで、外部接続ランド423の数は50個である。外部接続ランド423は第1のメモリIC搭載半導体パッケージ410と同様に搭載されたメモリIC424の一辺の外側にのみ2列で千鳥配置されている。
The second memory
図27はベース基板401を示す平面図である。ベース基板401は、1個目の第1のメモリ型半導体パッケージ410と接続するための電極部402、2個目の第1のメモリ型半導体パッケージ420と接続するための電極部403、第2のメモリ型半導体パッケージ430と接続するための電極部404が配置され、それぞれの外部接続ランドに金等によりバンプ405が配置されている。
FIG. 27 is a plan view showing the
電極部402,403とは、電極部の配置方向と平行に1.5mmの間隔をあけて配置され、そのうちのいくつかは第1のメモリ型半導体パッケージ410,420の特性を十分に機能させるため、短絡路409を介して電気的に短絡している。電極部404は、電極部402,403の配置方向に対して、例えば90°回転した方向に設けられている。但し、このベース基板401に設けられた電極部404の配列方向は、電極部402,403の配列方向に対して、任意の角度回転した方向に施されてもよい。
The
図28〜図37は、上述した積層型半導体装置400の製造工程を示す図である。なお、これらの図中Tは吸着機能を有する加熱加圧ツールを示している。最初に、第1のメモリ型半導体パッケージ410の外部接続ランド413を十分に覆うように異方性導電膜を150℃で10秒間熱圧着することにより仮貼付けする。このメモリ型半導体パッケージ410を、加熱加圧ツールTを用いて配線基板411の第2の主面411b側を保持し、外部接続ランド413がベース基板401の電極部402とが対向するように位置合わせしてマウントする。
28 to 37 are views showing manufacturing steps of the stacked
次に、加熱加圧ツールTにより配線基板411の第2の主面411b側から0.5N/バンプの荷重をかけて180℃で20秒加熱することにより、第1のメモリ型半導体パッケージ410とベース基板401を接続する。
Next, by applying a load of 0.5 N / bump from the second main surface 411b side of the
次に、メモリ型半導体パッケージ420をメモリ型半導体パッケージ410のベース基板401への接続時と同様に接続し、さらに、メモリ型半導体パッケージ430についても同様に接続する。
Next, the memory
さらに、これら半導体パッケージ410〜430を外部の衝撃から保護するため、図1と同様の金属キャップ等で保護してもよく、また、全体を封止樹脂でモールドしてもよい。
Furthermore, in order to protect these
このような本発明の第4の実施の形態に係る積層型半導体装置400では、ベース基板401に接続する1層目のメモリ型半導体パッケージ410は、2層目のメモリ半導体パッケージ420よりも、外部接続ランド413の数が少なく、かつ、配線基板411のサイズの小さいものが選定されているので、ベース基板401の実装面積を小さくすることができ、このためベース基板401のサイズを小さくすることができ、ひいては積層型半導体装置400自体を小型化することができる。
In such a
一方、ベース基板401に積層する単体のメモリ型半導体パッケージの配線基板411,421,431の片面側にのみ外部接続ランド413,423,433を設けるとともに、中間材を使用しないことにより部材コストを低減し、低コストで製造することが可能となる。
On the other hand, the external connection lands 413, 423, and 433 are provided only on one side of the
さらに、同一品種のメモリ型半導体パッケージを複数個接続する場合には、その特性を十分に機能させるため電極部402,403を隣接して設け、品種の異なる半導体パッケージを積層させる場合には、はじめにベース基板に接続した半導体パッケージ用の外部接続ランドの整列方向に対して、次に接続する半導体パッケージ用の電極部404の整列方向を任意の方向に回転させることにより、ベース基板401の配線の引き回しを容易にすることができる。
Further, when a plurality of memory type semiconductor packages of the same type are connected, the
上述したように、本発明の第4の実施の形態に係る積層型半導体装置400によれば他品種、同品種の半導体パッケージを混載した積層型半導体装置において、低コスト化、小型化を実現し、ベース基板配線の引き回しを容易にする。
As described above, the
なお、上述した第4の実施の形態においては、外部接続ランド413,423の配置個所は、搭載されたメモリIC415,425の1辺の外側にのみ配置したが、これに限られず、2辺の外側でも3辺の外側でも良い。また、外部接続ランド413は2列で千鳥配置されている必要はなく、1列でも3列でもよく、また、千鳥配列でなくともよい。
In the fourth embodiment described above, the locations of the external connection lands 413 and 423 are arranged only on the outer side of one side of the mounted
また、メモリ型半導体パッケージ410を電極部402以外の領域でも接着するために、外部接続ランド413を十分に覆うように供給された異方性導電膜をメモリ型半導体パッケージ410の配線基板411の主面411a全面に供給するようにしてもよい。なお、異方性導電膜ではなく、封止樹脂ペーストもしくは封止樹脂膜を用いても良い。
Further, in order to bond the memory
但し、封止樹脂ペーストもしくは封止樹脂膜は、その硬化特性が異方性導電膜と同等であることが望ましく、また、その硬化後の樹脂物性についても、メモリIC415と配線基板411の接続信頼性を確保するため、異方性導電膜417と同等か、少なくとも線膨張係数もしくはヤング率が同等であることが望ましい。しかしながら、積層型半導体装置400に要求される信頼性を満たす接着部材であれば、上述の限りではない。さらに樹脂に高い熱伝導率を確保するため、樹脂には1〜5μm程度のNi等の金属粉末が混入されていても良い。
However, it is desirable that the sealing resin paste or the sealing resin film has the same curing property as that of the anisotropic conductive film, and the resin property after the curing is also reliable in connection between the
なお、異方性導電膜440の代わりにエポキシ樹脂等の封止樹脂ペーストもしくは封止樹脂膜を用いても良い。この場合に封止樹脂ペーストもしくは封止樹脂膜に要求される条件は前述したものと同様である。 Note that a sealing resin paste such as an epoxy resin or a sealing resin film may be used instead of the anisotropic conductive film 440. In this case, the conditions required for the sealing resin paste or the sealing resin film are the same as those described above.
さらに、積層型半導体装置400は、メモリICを搭載したものについて説明したが、メモリIC及びロジックICの組み合わせ等、異なる機能を有する半導体素子を混載した積層型半導体装置に適用してもよい。
Furthermore, although the
また、フリップチップ接続については、熱圧着以外にもはんだ接合方式や圧着接続法等を用いてもよい。 For flip chip connection, a solder bonding method, a crimp connection method, or the like may be used in addition to thermocompression bonding.
図37は本発明の第5の実施の形態に係る積層型半導体装置500を示す縦断面図、図38は平面図である。これらの図において、上述した図23,24と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
FIG. 37 is a longitudinal sectional view showing a
積層型半導体装置500では、ベース基板401に配置されたメモリ型半導体パッケージ410のための電極部502の整列方向とメモリ型半導体パッケージ420のための電極部503の整列方向とがメモリIC415,425を挟んで並行に配置されている(180°回転)。
In the
このように構成された積層型半導体装置500においても、上述した積層型半導体装置400と同様の効果を得ることができる。
Also in the stacked
図39は本発明の第6の実施の形態に係る積層型半導体装置600を示す縦断面図、図40は平面図である。これらの図において、上述した図23,24と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
FIG. 39 is a longitudinal sectional view showing a
積層型半導体装置600では、ベース基板401に配置されたメモリ型半導体パッケージ410のための電極部602の整列方向とメモリ型半導体パッケージ420の電極部603の整列方向が135°の角度をなしている。
In the
このように構成された積層型半導体装置600においても、上述した積層型半導体装置400と同様の効果を得ることができる。
Also in the stacked
図41は本発明の第7の実施の形態に係る積層型半導体装置700を示す縦断面図、図42は平面図である。これらの図において、上述した図23,24と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
41 is a longitudinal sectional view showing a
積層型半導体装置700では、メモリ型半導体パッケージ410に外部接続ランド413が対向する2辺に設けられるとともに、メモリ型半導体パッケージ420に外部接続ランド423が対向する2辺に設けられている。
In the
ベース基板401に配置されたメモリ型半導体パッケージ410のための電極部702,703の整列方向とメモリ型半導体パッケージ420の電極部704,705の整列方向が90°の角度をなしている。
The alignment direction of the
このように構成された積層型半導体装置700においても、上述した積層型半導体装置400と同様の効果を得ることができる。
Also in the stacked
図43は本発明の第8の実施の形態に係る積層型半導体装置800を示す縦断面図、図44は平面図である。これらの図において、上述した図23,24と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
FIG. 43 is a longitudinal sectional view showing a
積層型半導体装置800では、メモリ型半導体パッケージ410に外部接続ランド413が隣接する2辺に設けられるとともに、メモリ型半導体パッケージ420に外部接続ランド423が隣接する2辺に設けられている。
In the
ベース基板401には、メモリ型半導体パッケージ410のための電極部802,803と、メモリ型半導体パッケージ420の電極部804,805とが設けられ、電極部802の整列方向と電極部804の整列方向は並行に、電極部803の整列方向と電極部804の整列方向は90°の角度をなしている。
The
このように構成された積層型半導体装置800においても、上述した積層型半導体装置400と同様の効果を得ることができる。
Also in the stacked
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.
本発明によれば、メモリICとロジックICを三次元的に積層したものであっても、低コストで製造できるとともに、小型で、ロジックICの放熱効率を向上させることができる積層型半導体装置が得られる。 According to the present invention, even if a memory IC and a logic IC are three-dimensionally stacked, a stacked semiconductor device that can be manufactured at a low cost, is small, and can improve the heat dissipation efficiency of the logic IC. can get.
100,200,300,400,500,600,700,800…積層型半導体装置、101,401…配線基板、110,120,410,420,430…メモリ型半導体パッケージ、130…ロジック型半導体パッケージ、140…異方性導電膜、150…金属キャップ。 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800 ... stacked semiconductor device, 101, 401 ... wiring board, 110, 120, 410, 420, 430 ... memory type semiconductor package, 130 ... logic type semiconductor package, 140: anisotropic conductive film, 150: metal cap.
Claims (10)
ロジックICが実装されたロジック配線基板を有するロジック型半導体パッケージと、
これらメモリ型半導体パッケージ及びロジック型半導体パッケージを少なくとも1つずつ積層配置して搭載するベース基板と、
少なくとも上記ベース基板と最も離れた最上層には上記ロジック型半導体パッケージが配置されていることを特徴とする積層型半導体装置。 A memory type semiconductor package having a wiring substrate on which a memory IC is mounted;
A logic type semiconductor package having a logic wiring board on which a logic IC is mounted;
A base substrate on which at least one of these memory type semiconductor package and logic type semiconductor package is stacked and mounted; and
The stacked semiconductor device, wherein the logic type semiconductor package is disposed at least on the uppermost layer farthest from the base substrate.
上記配線基板には、基板両面相互の熱伝導を行う熱伝導部材が設けられていることを特徴とする請求項1記載の積層型半導体装置。 A heat dissipating member is attached to the wiring substrate of the uppermost logic type semiconductor package,
2. The stacked semiconductor device according to claim 1, wherein the wiring board is provided with a heat conducting member for conducting heat conduction between both sides of the board.
これら半導体パッケージを複数積層配置して搭載するベース基板とを備え、
上記ベース基板は、上記複数の半導体パッケージのうち、第1の半導体パッケージの外部接続ランドとを接続するための電極列を有する第1の電極部と、
第2の半導体パッケージを接続するための電極列を有する第2の電極部とを備え、
上記第1の電極部における電極列の配設方向と上記第2の電極部の電極列の配設方向とが交差する向きに配置されていることを特徴とする積層型半導体装置。 A semiconductor package having a wiring board in which a semiconductor element is mounted on the center side and an external connection land is provided on at least one side on the outer peripheral side;
A base substrate on which a plurality of these semiconductor packages are stacked and mounted;
The base substrate includes: a first electrode portion having an electrode row for connecting an external connection land of the first semiconductor package among the plurality of semiconductor packages;
A second electrode portion having an electrode array for connecting the second semiconductor package,
A stacked semiconductor device, wherein the arrangement direction of the electrode rows in the first electrode portion and the arrangement direction of the electrode rows in the second electrode portion intersect with each other.
上記配線基板に設けられた電極部のうち、同一品種の半導体パッケージに対応する電極部の電極列の配設方向は平行して配置されていることを特徴とする請求項6に記載の積層型半導体装置。 The plurality of semiconductor packages have at least one of a plurality of different varieties,
7. The stacked type according to claim 6, wherein among the electrode portions provided on the wiring board, the electrode rows of the electrode portions corresponding to the same type of semiconductor package are arranged in parallel. Semiconductor device.
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