JP2006019531A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 リード端子の間隔を変えずに、複数の半導体チップを積層した半導体装置での半導体チップの端子間接続を容易にする。
【解決手段】 半導体装置１では、第１の半導体チップ４が第１の接着層７により、ベッド１２表面に接着固定され、第２の半導体チップ５が第２の接着層８により、裏面を第２の接着層８と接するように、第１の半導体チップ４表面に接着固定されている。そして、第１の半導体チップ４表面に設けられた端子６及び第２の半導体チップ５表面に設けられた端子６と接続リード１３は、それぞれボンディングワイヤ９で電気的に接続されている。接続リード１３は、モールド樹脂に覆われ、露呈されていない。
【選択図】 図２

Description

本発明は、半導体装置に係り、特に単一パッケージ内に複数個の半導体チップを積層して搭載する半導体装置及びその製造方法に関するものである。

近年、単一パッケージ内に複数個の半導体チップを搭載することにより、半導体装置の小型化、高性能化、システム化が図られている。例えば、携帯機器に搭載されるメモリへ付加価値を付与したり、メモリ容量を増大させる目的で複数個の半導体チップを積層して搭載するＭＣＰ（multi-chip package）や、複数のメモリやロジックＬＳＩ等を組み合わせ、小さな単一パッケージに詰め込むＳｉＰ（system in package）が各種機器に用いられている。ＭＣＰやＳｉＰにおいて、半導体チップとこの半導体チップ上に設けられた半導体チップとの接続は、半導体チップの端子間を直接ワイヤボンディングしたり、半導体チップの端子とリード端子をワイヤボンディングすることにより行っている（例えば、非特許文献１参照。）。

ところが、リードフレーム使用パッケージにおいて半導体チップの大きさが同一の場合、或いは半導体チップがリードフレームの表面側（第１主面側）と裏面側（第１主面と相対向する第２主面側）に形成されている場合、半導体チップの端子間を直接ワイヤボンディングすることができないという問題点がある。

また、半導体チップの端子とリード端子をワイヤボンディングする場合、このリード端子は半導体装置の外部との接続用として用いていないので、半導体装置の動作時には不要となる。このため、半導体装置の使用前にこの端子を切断するのでリード端子間隔が不揃いになるという問題点がある。そして、この端子を切断しない場合には、リード端子数が増加するという問題点がある。
岡隆弘、他２名、「２チップ積層ＭＣＰ（マルチチップパッケージ）の開発」、沖電気研究開発、沖電気工業株式会社、平成１２年１０月、第１８４号、Ｖｏｌ．６７、Ｎｏ．３（頁７１、図１、図２）

本発明は、一定なリード端子間隔を保ち、且つリード端子数を増やすことなく、半導体チップ間の接続ができる単一パッケージ内に複数個の半導体チップを積層して搭載する半導体装置及びその製造方法を提供する。

上記目的を達成するために、本発明の一態様の半導体装置は、ベッドと、前記ベッド上に積層載置された複数の半導体チップと、前記ベッドから離間して設けられたインナーリードと、前記インナーリードの近傍領域に設けられた接続リードと、前記複数の半導体チップの内のいずれか１つの半導体チップに設けられた第１の端子と、前記複数の半導体チップの内の前記半導体チップとは異なる半導体チップに設けられた第２の端子と、前記第１の端子と前記接続リードを電気的に接続する第１のボンディングワイヤと、前記第２の端子と前記接続リードを電気的に接続する第２のボンディングワイヤと、前記ベッド、前記複数の半導体チップ、前記インナーリード、前記接続リード、前記第１のボンディングワイヤ、及び第２のボンディングワイヤを封止する外囲器と、前記インナーリードに接続され前記外囲器の外側に延在するアウターリードとを具備することを特徴とする。

更に、上記目的を達成するために、本発明の一態様の半導体装置の製造方法は、インナーリードと、前記インナーリードの近傍領域に設けられる接続リードと、前記接続リードを前記インナーリードに固定するためのサポートバーとを有するリードフレームを加工成形する工程と、前記インナーリード及び前記接続リードを連結固定する絶縁性支持体を形成する工程と、前記サポートバーを前記リードフレームから切断する工程と、前記サポートバーを前記リードフレームから除去する工程と、第１の半導体チップの第１主面と相対向する第２主面を第１の接着層を用いてベッドの第１主面に接着固定する工程と、第２の半導体チップの第１主面と相対向する第２主面を第２の接着層を用いて前記第１の半導体チップの第１主面に接着固定する工程と、前記第１の半導体チップの端子と前記接続リードをワイヤボンディングし接続する工程と、前記第２の半導体チップの端子と前記接続リードをワイヤボンディングし接続する工程とを具備することを特徴とする。

本発明によれば、一定なリード端子間隔を保ち、且つリード端子数を増やすことなく、半導体チップ間の接続ができる単一パッケージ内に複数個の半導体チップを積層して搭載する半導体装置及びその製造方法を提供するができる。

以下本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

まず、本発明の実施例１に係る半導体装置について、図面を参照して説明する。図１は、樹脂封止型半導体装置を示す平面図、図２は図１のＡ−Ａ線に沿う半導体装置の断面図である。本実施例では、異なるサイズの半導体チップを積層している。

図１に示すように、半導体装置１は、モールド樹脂２と、四方向にそれぞれ等間隔に設けられた複数のリード端子３と、モールド樹脂２内に設けられた第１の半導体チップ４と、第１の半導体チップ４の表面側（第１主面側）に設けられた第２の半導体チップ５を有し、パッケージ高さ０．９ｍｍからなる３６ピンＱＦＰ（quad flat package）を用いた２チップ積層ＭＣＰである。ここで、モールド樹脂２は第１の半導体チップ４、第２の半導体チップ５を封止する外囲器として用いられる。

図２に示すように、半導体装置１では、第１の半導体チップ４、第２の半導体チップ５、第１の半導体チップ４及び第２の半導体チップ５の端子６、第１の接着層７、第２の接着層８、ボンディングワイヤ９ばかりでなく接続リード１３もモールド樹脂２に覆われ、露呈されていない。そして、第１の半導体チップ４が第１の接着層７により、ベッド１２表面（第１主面）に接着固定され、第２の半導体チップ５が第２の接着層８により、裏面（第２主面）を第２の接着層８と接するように、第１の半導体チップ４表面（第１主面）に接着固定されている。

第１の半導体チップ４表面に設けられた端子６及び第２の半導体チップ５表面に設けられた端子６と接続リード１３は、それぞれボンディングワイヤ９で電気的に接続されている。このため、第１の半導体チップ４及び第２の半導体チップ５は、リード端子などを介さずに電気的に信号のやりとりができる。接続リード１３は、絶縁性樹脂テープ１４により、ベッド１２を含むリードフレームに固定されている。ここで、絶縁性樹脂テープ１４をインナーリード１１と接続リード１３の上下面に設けているが、上面のみを覆うように形成してもよい。

次に、半導体装置の製造方法について図３乃至６を参照して説明する。図３は半導体装置の製造方法を示すフローチャート、図４乃至図６は半導体装置の製造工程を示す平面図である。

まず、図４に示すように、銅（Ｃｕ）などからなるリードフレーム１０を用意する。リードフレーム１０は、左右両端部に設けられたサイドフレーム１５と、サイドフレーム１５を保持する枠部１８と、サイドフレーム１５及び枠部１８に保持され、四方向にそれぞれ等間隔に設けられた複数のアウターリード１６、１６ａと、アウターリード１６の先端に設けられ、アウターリード１６よりも幅の狭い複数のインナーリード１１と、インナーリード１１間に設けられた接続リード１３と、インナーリード１１と接続リード１３の先端に設けられ、接続リード１３をリードフレーム１０に固定するために設けられたサポートバー１７と、アウターリード１６ａと接続し半導体チップをマウントするためのベッド１２を有し、プレス加工により成形される。ここで、インナーリード１１と接続リード１３の先端には、ボンディングワイヤとの接合を良好にし電気的な接続状態を向上させるために、例えば、銀（Ａｇ）メッキ等が施されている（ステップＳ１）。すべてのインナーリード１１及び接続リード１３はサポートバー１７により連結固定されている。

次に、図５に示すように、ベッド１２と等距離に離間して、インナーリード１１、接続リード１３、及びアウターリード１６ａの中央部分を覆うように絶縁性樹脂テープ１４を形成する（ステップＳ２）。続いて、プレス加工により、サポートバー１７部分を切断して取り除く。ここで、サポートバー１７はすべてのインナーリード１１及び接続リード１３を連結固定しているので、プレス加工後のインナーリード１１及び接続リード１３の高さ及び形状を一定に保つことができる。また、接続リード１３はベッド１２と離間し、インナーリード１１の間に設けられているが、インナーリード１１の近傍領域、例えば、両端のインナーリード１１の外側に設けてもよい。そして、接続リード１３は絶縁性樹脂テープ１４により、リードフレーム１０に固定されることになる（ステップＳ３）。

続いて、図６に示すように、ベッド１２表面に設けられた第１の接着層７上に第１の半導体チップ４を、表面を上側にして載置する。ここで、第１の接着層７には、導電性樹脂膜を用いているが絶縁性樹脂と導電性樹脂の２層構造の膜等を用いてもよい。また、導電性樹脂の代わりに、半田、半田バンプ、金バンプ、或いはＶＮｉ／ＡｕＧｅ、Ｔｉ／Ａｕ等の金属を用いてもよい（ステップＳ４）。次に、第１の半導体チップ４表面に設けられた第２の接着層８上に第２の半導体チップ５を、表面を上側にして載置する。ここで、第２の接着層８には、絶縁性樹脂膜を用いているが絶縁性樹脂と導電性樹脂の２層構造の膜等を用いてもよい（ステップＳ５）。

続いて、例えば、１８０℃で加重をかけて第１の半導体チップ４及び第２の半導体チップ５をリードフレーム１０に接着固定する。なお、第１の半導体チップ４をベッド１２表面に載置した後に加熱及び加重処理を施して第１の半導体チップ４を接着固定してもよい。そして、第１の半導体チップ４の端子ＰＡＤ１とインナーリード１１及びベッド１２、第１の半導体チップ４の端子ＰＡＤ１ａと接続リード１３、第１の半導体チップ４の端子ＰＡＤ１ｂとインナーリード１１、第２の半導体チップ５の端子ＰＡＤ２とインナーリード１１、第２の半導体チップ５の端子ＰＡＤ２ａと接続リード１３、第２の半導体チップ５の端子ＰＡＤ２ｂとインナーリード１１をそれぞれワイヤボンディングする。ここで、第１の半導体チップ４の端子ＰＡＤ１ａと第２の半導体チップ５の端子ＰＡＤ２ａは、接続リード１３により電気的に接続される。電気的に接続された第１の半導体チップ４の端子ＰＡＤ１ｂと第２の半導体チップ５の端子ＰＡＤ２ｂは、例えば、電源用端子として用いられる。また、半導体装置１が高速又は高周波動作する場合、ボンディングワイヤで接続リード１３と接続される端子は、接続リードの長尺方向の中心線上に設けるのが好ましい（ステップＳ６）。

そして、モールド金型を用いてモールド樹脂２でモールドし（ステップＳ７）、打ち抜き金型を用いてアウターリード１６、１６ａを曲げ及びリードフレーム１０から切断分離することにより半導体装置１は製造され利用することができる。

上述したように、本実施例の半導体装置では、インナーリード１１の間に、絶縁性樹脂テープ１４でリードフレーム１０に固定され、モールド樹脂２に覆われ露呈されていない接続リード１３が設けられている。そして、第１の半導体チップ４の端子と第２の半導体チップ５の端子は、接続リード１３によりワイヤボンディングで電気的に接続されている。このため、第１の半導体チップ４の端子と第２の半導体チップ５の端子を接続するリード端子を設ける必要がなく、リード端子数の増加を抑制でき、且つリード端子間隔を一定に保つことができる。

なお、本実施例では、半導体チップを２チップ積層載置したＭＣＰについて説明したが、３チップ以上積層載置したＭＣＰに適用してもよい。また、接続リード１３のリードフレーム１０への固定に、絶縁性樹脂テープ１４を用いているが、セラミックスを焼結成型した絶縁性支持体を用いて、接続リード１３をリードフレーム１０に固定させてもよい。更に、ＱＦＰの代わりに、ＳＯＰ（small out-line package）、ＱＦＮ（quad flat non−leaded package）などの薄型パッケージを用いてもよい。

次に、本発明の実施例２に係る半導体装置について図面を参照して説明する。図７は、樹脂封止型半導体装置を示す平面図、図８は図７のＢ−Ｂ線に沿う半導体装置の断面図である。

本実施例では、実施例１とは、半導体チップのマウント及びワイヤボンディングを変更した点で異なり、それ以外の構成は同一であり、以下異なる点のみ説明する。

図７に示すように、半導体装置１ａは、モールド樹脂２と、四方向にそれぞれ等間隔に設けられた複数のリード端子３と、モールド樹脂２内に設けられた第１の半導体チップ４と、第１の半導体チップ４の表面側（第１主面側）に設けられた第１の半導体チップ４と同一サイズの第２の半導体チップ５ａを有した２チップ積層ＭＣＰである。

図８に示すように、半導体装置１では、チップ厚１３０μｍの第１の半導体チップ４が第１の接着層７により、ベッド１２表面に接着固定され、チップ厚１３０μｍで第１の半導体チップ４と同一サイズの第２の半導体チップ５ａが第２の接着層８により、第１の半導体チップ４表面に接着固定されている。第１の半導体チップ４表面に設けられた端子６及び第２の半導体チップ５ａ表面に設けられた端子６と接続リード１３は、それぞれ高さ１５０μｍ以下の低ループ形状のボンディングワイヤ９で電気的に接続され、第２の接着層８の厚さをボンディングワイヤ９の高さよりも高くしている。このため、ボンディングワイヤ９と第１の半導体チップ４裏面（第２主面）との接触を防止しながら、第１の半導体チップ４及び第２の半導体チップ５ａは、リード端子などを介さずに電気的に信号のやりとりができる。

次に、半導体装置の製造方法について図９を参照して説明する。図９は半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。

まず、図９に示すように、実施例１と同様に、リードフレーム形成（ステップＳ１）から第１の半導体チップマウントを行う（ステップＳ４）。次に、例えば、１８０℃で加重をかけて第１の半導体チップ４をリードフレーム１０に接着固定してから、第１の半導体チップ４の端子ＰＡＤ１、ＰＡＤ１ａ、ＰＡＤ１ｂと、インナーリード１１、接続リード１３、ベッド１２との間をそれぞれワイヤボンディングする（ステップＳ６ａ）。続いて、第１の半導体チップ４表面に設けられた第２の接着層８上に第２の半導体チップ５ａを、表面を上側にして載置する（ステップＳ５）。そして、加重をかけて第２の半導体チップ５ａをリードフレーム１０に接着固定してから、第２の半導体チップ５ａの端子と、インナーリード１１、接続リード１３、ベッド１２との間をそれぞれワイヤボンディングする（ステップＳ６ｂ）。

上述したように、本実施例の半導体装置では、第１の半導体チップ４の端子と第２の半導体チップ５ａの端子間を直接ワイヤボンディングできない同一半導体チップサイズにおいても、第１の半導体チップ４の端子と第２の半導体チップ５の端子は、接続リード１３によりワイヤボンディングで電気的に接続されているので、実施例１と同様な効果がえられる。

次に、本発明の実施例３に係る半導体装置について図面を参照して説明する。図１０は、樹脂封止型半導体装置を示す断面図である。

本実施例では、実施例１とは、半導体チップをリードフレームに載置する面を変更した点で異なり、それ以外の構成は同一であり、以下異なる点のみ説明する。

図１０に示すように、半導体装置１ｂでは、第１の半導体チップ４、第２の半導体チップ５ｂ、第１の半導体チップ４及び第２の半導体チップ５ｂの端子６、第１の接着層７、第２の接着層８、ボンディングワイヤ９ばかりでなく左右に設けられた接続リード１３もモールド樹脂２に覆われ、露呈されていない。そして、第１の半導体チップ４が第１の接着層７により、ベッド１２表面（第１主面）に接着固定され、第２の半導体チップ５が第２の接着層８により、ベッド１２裏面（第２主面）に接着固定されている。第１の半導体チップ４表面に設けられた端子６及び第２の半導体チップ５ｂ表面に設けられた端子６と接続リード１３は、それぞれボンディングワイヤ９で電気的に接続されている。このため、第１の半導体チップ４及び第２の半導体チップ５ｂは、リード端子などを介さずに電気的に信号のやりとりができる。ここで、第１の接着層７及び第２の接着層８には、導電性樹脂を用いているが、半田、半田バンプ、金バンプ、或いはＶＮｉ／ＡｕＧｅ、Ｔｉ／Ａｕ等の金属を用いてもよい。

上述したように、本実施例に半導体装置では、実施例１の効果の他に、第１の半導体チップ４が導電性を有する第１の接着層７により、ベッド１２表面（第１主面）に接着固定され、第２の半導体チップ５が導電性を有する第２の接着層８により、ベッド１２裏面（第２主面）に接着固定されている。そして、接続リード１３により、第１の半導体チップ４の端子６と第２の半導体チップ５ｂの端子６がボンディングワイヤ９で電気的に接続されている。このため、接地を共有化しながら、半導体チップ間の信号のやりとりができるので高周波性能を向上させることができる。

本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々、変更してもよい。

例えば、実施例では、樹脂封止型半導体装置について説明したが、金属キャップ、セラミック等により封止され、リードフレームを用いた気密封止型半導体装置にも適用できる。また、実施例３では、ベッド１２表面（第１主面）及びベッド１２裏面（第２主面）にそれぞれ１個づつ半導体チップを設けているが、ベッド１２表面（第１主面）に第１群の複数の半導体チップを、ベッド１２裏面（第２主面）に第２群の複数の半導体チップをそれぞれ設け、第１群の複数の半導体チップの内いずれか１つの半導体チップの端子及び接続リードと、第２群の複数の半導体チップの内いずれか１つの半導体チップの端子及び接続リードとをそれぞれボンディングワイヤで電気的に接続してもよい。

本発明は、以下の付記に記載されているような構成が考えられる。
（付記１） インナーリードと、前記インナーリードの近傍領域に設けられる接続リードと、前記接続リードを前記インナーリードに固定するためのサポートバーとを有するリードフレームを加工成形する工程と、前記インナーリード及び前記接続リードを連結固定する絶縁性樹脂テープを形成する工程と、前記サポートバーを前記リードフレームから切断する工程と、前記サポートバーを前記リードフレームから除去する工程と、第１の半導体チップの第１主面と相対向する第２主面を第１の接着層を用いてベッドの第１主面に接着固定する工程と、第２の半導体チップの第１主面と相対向する第２主面を第２の接着層を用いて前記第１の半導体チップの第１主面に接着固定する工程と、前記第１の半導体チップの端子と前記接続リードをワイヤボンディングし接続する工程と、前記第２の半導体チップの端子と前記接続リードをワイヤボンディングし接続する工程とを具備する半導体装置の製造方法。

本発明の実施例１に係る半導体装置示す平面図。 図１のＡ−Ａ線に沿う半導体装置の断面図。 本発明の実施例１に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャート。 本発明の実施例１に係る半導体装置の製造工程を示す平面図。 本発明の実施例１に係る半導体装置の製造工程を示す平面図。 本発明の実施例１に係る半導体装置の製造工程を示す平面図。 本発明の実施例２に係る半導体装置示す平面図。 図７のＢ−Ｂ線に沿う半導体装置の断面図。 本発明の実施例２に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャート。 本発明の実施例３に係る半導体装置を示す断面図。

符号の説明

１、１ａ、１ｂ 半導体装置
２ モールド樹脂
３ リード端子
４ 第１の半導体チップ
５、５ａ、５ｂ 第２の半導体チップ
６ 端子
７ 第１の接着層
８ 第２の接着層
９ ボンディングワイヤ
１０ リードフレーム
１１ インナーリード
１２ ベッド
１３ 接続リード
１４ 樹脂テープ
１５ サイドフレーム
１６、１６ａ アウターリード
１７ サポートバー
１８ 枠部
ＰＡＤ１、ＰＡＤ１ａ、ＰＡＤ１ｂ、ＰＡＤ２、ＰＡＤ２ａ、ＰＡＤ２ｂ 端子

Claims (5)

1. ベッドと、
   前記ベッド上に積層載置された複数の半導体チップと、
   前記ベッドから離間して設けられたインナーリードと、
   前記インナーリードの近傍領域に設けられた接続リードと、
   前記複数の半導体チップの内のいずれか１つの半導体チップに設けられた第１の端子と、
   前記複数の半導体チップの内の前記半導体チップとは異なる半導体チップに設けられた第２の端子と、
   前記第１の端子と前記接続リードを電気的に接続する第１のボンディングワイヤと、
   前記第２の端子と前記接続リードを電気的に接続する第２のボンディングワイヤと、
   前記ベッド、前記複数の半導体チップ、前記インナーリード、前記接続リード、前記第１のボンディングワイヤ、及び第２のボンディングワイヤを封止する外囲器と、
   前記インナーリードに接続され前記外囲器の外側に延在するアウターリードと、
   を具備することを特徴とする半導体装置。
2. ベッドと、
   前記ベッドの第１主面に載置された第１の半導体チップと、
   前記ベッドの第１主面と相対向する第２主面に載置された第２の半導体チップと、
   前記ベッドと離間して設けられたインナーリードと、
   前記インナーリードの近傍領域に設けられた接続リードと、
   前記第１の半導体チップに設けられた第１の端子と、
   前記第２の半導体チップに設けられた第２の端子と、
   前記第１の端子と前記接続リードを電気的に接続する第１のボンディングワイヤと、
   前記第２の端子と前記接続リードを電気的に接続する第２のボンディングワイヤと、
   前記ベッド、前記１及び第２の半導体チップ、前記インナーリード、前記接続リード、前記第１のボンディングワイヤ、及び第２のボンディングワイヤを封止する外囲器と、
   前記インナーリードに接続され前記外囲器の外側に延在するアウターリードと、
   を具備することを特徴とする半導体装置。
3. 前記端子は前記接続リードの長尺方向の中心線上に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
4. 前記インナーリードと前記接続リードとを連結固定する絶縁性支持体を更に備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置。
5. インナーリードと、前記インナーリードの近傍領域に設けられる接続リードと、前記接続リードを前記インナーリードに固定するためのサポートバーとを有するリードフレームを加工成形する工程と、
   前記インナーリード及び前記接続リードを連結固定する絶縁性支持体を形成する工程と、
   前記サポートバーを前記リードフレームから切断する工程と、
   前記サポートバーを前記リードフレームから除去する工程と、
   第１の半導体チップの第１主面と相対向する第２主面を第１の接着層を用いてベッドの第１主面に接着固定する工程と、
   第２の半導体チップの第１主面と相対向する第２主面を第２の接着層を用いて前記第１の半導体チップの第１主面に接着固定する工程と、
   前記第１の半導体チップの端子と前記接続リードをワイヤボンディングし接続する工程と、
   前記第２の半導体チップの端子と前記接続リードをワイヤボンディングし接続する工程と、
   を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。

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