JP2006049637A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 複数の半導体チップを積層した半導体装置(システムインパッケージ)において、下段側の半導体チップの配線端子を露出させるために上段側の半導体チップのチップサイズが制約される。
【解決手段】 主基板1の上に半導体チップ2aを積層し、その上に半導体パッケージ3を積層する。この半導体パッケージは、内部基板の表面側に積層された表面側の半導体チップと、裏面側に積層された裏面側の半導体チップと、これらの全面を覆うとともに内部基板の表面側又は裏面側のいずれか一方に配置された配線端子9が露出するように形成された樹脂パターンとを含むようにした。
このような構成とすることにより、半導体装置に搭載される半導体チップのチップサイズの制約を緩和することができる。
【選択図】 図1

Description

本発明は、複数の半導体チップを搭載した半導体装置およびその製造方法に関する。
電子機器の小型化、高機能化に伴い、その電子機器に搭載される半導体装置も小型化、高機能化が必要となってきている。
半導体装置を高機能化させるシステムインチップは、例えばメモリとロジックなど種類の異なる複数の集積回路(Integrated Circuit;以下、「IC」という)を一つの半導体チップ上に形成したものである。しかし、メモリとロジックは製造プロセスが異なるため全体の工程数が多くなり、開発期間が長くなる。またチップ面積が大きくなるので、歩留まりが低下する。
このため、種類の異なる複数の半導体チップを別々に製造した後、一つのパッケージに搭載した半導体装置(システムインパッケージ)が広く用いられている。この半導体装置は、基板上に複数の半導体チップを積層することにより小型化することができる(例えば、特許文献1参照)。
特開2001−291818号公報
上記従来の半導体装置において、積層した複数の半導体チップの下段側の半導体チップの配線端子を露出させるため、上段側の半導体チップのチップサイズが制約されるという問題があった。
また、搭載される半導体チップのチップ数の増加に伴い、半導体装置の歩留りが低下してしまうという問題があった。
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、複数の半導体チップを積層した半導体装置において、搭載される半導体チップのチップサイズの制約を緩和することを目的とする。
また、搭載される半導体チップのチップ数の増加による半導体装置の歩留まり低下を抑制することも目的とする。
主基板と、前記主基板上に積層され前記主基板と電気的接続された少なくとも一つの半導体チップと、前記半導体チップの上に積層され前記主基板と電気的接続された半導体パッケージと、前記主基板上に形成され前記半導体チップおよび前記半導体パッケージの全面を覆う封止樹脂と、を含む半導体装置であって、前記半導体パッケージは、内部基板と、前記内部基板の表面側に積層され前記内部基板と電気的接続された少なくとも一つの表面側の半導体チップと、前記内部基板の裏面側に積層され前記内部基板と電気的接続された少なくとも一つの裏面側の半導体チップと、前記表面側の半導体チップおよび前記裏面側の半導体チップの全面を覆うとともに前記内部基板の表面側又は裏面側のいずれか一方に配置された配線端子が露出するように形成された樹脂パターンと、を含むことを特徴とする。
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、内部基板と、前記内部基板の表面側に積層され前記内部基板と電気的接続された少なくとも一つの表面側の半導体チップと、前記内部基板の裏面側に積層され前記内部基板と電気的接続された少なくとも一つの裏面側の半導体チップと、前記表面側の半導体チップおよび前記裏面側の半導体チップの全面を覆うとともに前記内部基板の表面側又は裏面側のいずれか一方に配置された配線端子が露出するように形成された樹脂パターンと、を含む半導体パッケージを形成する工程と、前記半導体パッケージの電気テストを行って良品と不良品を判定する工程と、主基板上に少なくとも一つの半導体チップを積層するとともに前記主基板と電気的接続する工程と、前記半導体チップの上に、前記電気的テストにより良品と判定された半導体パッケージを積層するとともに前記主基板と電気的接続する工程と、前記主基板上で前記半導体チップおよび前記半導体パッケージの全面を覆うように封止樹脂を形成する工程と、
を含むことを特徴とする。
本発明のその他の特徴については、以下において詳細に説明する。
本発明によれば、複数の半導体チップを積層した半導体装置において、搭載される半導体チップのチップサイズの制約を緩和することができる。
また、搭載される半導体チップのチップ数の増加による半導体装置の歩留まり低下を抑制することができる。
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において同一または相当する部分には同一符号を付して、その説明を簡略化ないし省略する。
実施の形態1.
図1は、本実施の形態に係る半導体装置を示す図である。詳細には、図1(a)は半導体チップおよび半導体パッケージを搭載した半導体装置の平面図であり、図1(b)は、図1(a)のA−A’方向の断面図である。
図1(a)および図1(b)に示すように、主基板1の上に半導体チップ2aが積層され、主基板1と電気的接続されている。さらに半導体チップ2aの上に、半導体パッケージ3が積層され、主基板1と電気的接続されている。
本実施の形態では、主基板1の上の配線端子4が、金線5を介して、半導体チップ2aの上の配線端子6と接続されている。すなわち、主基板1の上に積層された半導体チップ2aがワイヤにより主基板1と電気的接続されている。
そして、主基板1の上の配線端子7が、金線8を介して、半導体パッケージ3の上の配線端子9と接続されている。すなわち、半導体チップ2aの上に積層された半導体パッケージ3がワイヤにより主基板1と電気的接続されている。
さらに、主基板1の裏面側に半田ボール10が格子状に複数設けられ、これらを溶接することにより他の外部基板と電気的接続できるようになっている。また、主基板1上に、半導体チップ2aおよび半導体パッケージ3の全面を覆うように、封止樹脂11が形成されている。
図2は、図1(a)に示した半導体チップ2aのA−A’方向の断面図である。半導体チップ2aの表面の端部付近には配線端子6が設けられ、図1に示した主基板1とワイヤにより電気的接続できるようになっている。
図3は、図1に示した半導体パッケージ3の断面図である。
半導体パッケージ3は、内部基板12と、その表面側に積層され内部基板12と電気的接続された表面側の半導体チップ13と、内部基板12の裏面側に積層され内部基板12と電気的接続された裏面側の半導体チップ14と、表面側の半導体チップ13および裏面側の半導体チップ14の全面を覆うとともに、内部基板12の表面側に配置された配線端子9が露出するように形成された樹脂パターン18とにより構成されている。
ここでは、内部基板12の表面側の配線端子15が、金線16を介して、表面側の半導体チップ13の配線端子17と接続されている。すなわち、表面側の半導体チップ13がワイヤにより内部基板12と電気的接続されている。
そして、内部基板12の裏面側の配線端子15が、金線16を介して、裏面側の半導体チップ14の配線端子17と接続されている。すなわち、裏面側の半導体チップ14がワイヤにより内部基板12と電気的接続されている。
ここで、内部基板12の表面側に配置された配線端子9が露出するように、樹脂パターン18が形成されている。これにより、半導体パッケージ3を、主基板1の上の配線端子7(図1参照)と電気的接続することができる。
このように構成することにより、半導体パッケージ3に搭載される表面側の半導体チップ13および裏面側の半導体チップ14は、一方の半導体チップの配線端子を露出させるために、他方の半導体チップのサイズが制約されることがない。例えば、両者のチップサイズを同一とすることが可能である。
ここで、本実施の形態では図1に示したように、主基板1の上に一個の半導体チップ2aを積層するようにしたが、複数の半導体チップを積層するようにしても良い。例えば、図4に示すように、主基板1の上に半導体チップ2aを積層し、さらにその上に半導体チップ2bを積層する。
これにより、主基板1の上に搭載される半導体チップの数を増やすことができ、半導体装置を多機能化させることができる。
また、本実施の形態では図1に示したように、内部基板12の表面側と裏面側に、それぞれ半導体チップを一個ずつ積層するようにしたが、いずれの側についても、二つ以上の半導体チップを積層するようにしても良い。
例えば、図5に示すように、内部基板12の表面側に半導体チップ13を積層し、裏面側に半導体チップ14aおよび半導体チップ14bを積層するようにしても良い。これにより、半導体パッケージ3に搭載される半導体チップのチップ数を増やすことができ、半導体装置を多機能化させることができる。
また、本実施の形態では図1に示したように、内部基板12の表面側の配線端子9が露出するように樹脂パターン18を形成したが、配線端子が裏面側に配置されている場合には、その配線端子が露出するように樹脂パターン18を形成する。
すなわち、内部基板12の表面側又は裏面側のいずれか一方の側に配置された配線端子が露出するように、樹脂パターンを形成する。
また、本実施の形態では、図1(b)に示したように、内部基板12(図3参照)の表面側で内部基板12の二つの辺に沿って配置された配線端子9が露出するように、樹脂パターン18を形成するようにした。
これにより、半導体パッケージ3の配線端子9を主基板1と電気的接続することができる。
以上説明したように、本実施の形態に係る半導体装置は、主基板1の上に積層され、これと電気的接続された少なくとも一つの半導体チップと、その上に積層され主基板1と電気的接続された半導体パッケージ3と、主基板1上に形成され半導体チップ2aおよび半導体パッケージ3の全面を覆う封止樹脂11を含むようにした。
そして半導体パッケージ3は、内部基板12と、内部基板12の表面側に積層され内部基板12と電気的接続された少なくとも一つの表面側の半導体チップと、内部基板12の裏面側に積層され内部基板12と電気的接続された少なくとも一つの裏面側の半導体チップと、表面側の半導体チップおよび裏面側の半導体チップの全面を覆うとともに内部基板12の表面側又は裏面側のいずれか一方に配置された配線端子9が露出するように形成された樹脂パターン18とを含むようにした。
このような構成とすることにより、搭載される半導体チップのチップサイズの制約を緩和することができる。
次に、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。
図示しないが、本実施の形態において説明した半導体パッケージ3(図3参照)を形成した後、半導体パッケージの電気テストを行って、良品又は不良品のいずれであるかを判定する。
次に、主基板1(図1参照)上に、良品であることが予め分かっている半導体チップ2a(図1参照)を積層するとともに、主基板1とワイヤにより電気的接続する。
次に、半導体チップ2aの上に、前述の電気的テストにより良品と判定された半導体パッケージ3を積層するとともに、ワイヤにより主基板1と電気的接続する。さらに、主基板1上で半導体チップ2aおよび半導体パッケージ3の全面を覆うように封止樹脂11(図1参照)を形成する。
このように半導体装置を形成することにより、半導体パッケージの組み立て工程で発生した不良品を主基板1上に搭載することを防ぐことができる。これにより、搭載される半導体チップのチップ数の増加による半導体装置の歩留まり低下を抑制することができる。
実施の形態2.
図6は、本実施の形態に係る半導体装置を示す図である。詳細には、図6(a)は半導体チップおよび半導体パッケージを搭載した半導体装置の平面図であり、図6(b)は、図6(a)のA−A’方向の断面図である。
主基板1の上にアンダーフィル樹脂2dを介してフリップチップ型の半導体チップ2cが積層され、溶接された半田バンプ10bを介して主基板1と電気的接続されている。さらに半導体チップ2cの上に半導体パッケージ3が積層され、主基板1と電気的接続されている。なお、上記半田バンプ10bの代わりに、金バンプ等を用いても良い。
それ以外の構成については、実施の形態1と同様であるので、説明を省略する。
図7は、図6(a)に示したフリップチップ型の半導体チップ2cのA−A’方向の断面図である。半導体チップ2cの裏面側に半田バンプ10bが設けられ、これを溶接することにより主基板1と電気的接続できるようになっている。
すなわち、本実施の形態に係る半導体装置は、主基板1上に積層された半導体チップを図7に示したフリップチップ型とすることにより、図6に示すように主基板1と電気的接続するようにした。
これにより、半導体チップ2cと電気的接続するための配線端子を主基板1の上に設ける必要がないので、主基板1の面積を小さくすることができる。
また、半導体チップ2cの上に配線端子を設ける必要もないので、その上に積層する半導体パッケージ3の面積を大きくすることができる。これにより、半導体パッケージ3のパッケージサイズの制約を緩和することもできる。
また、図6に示した半導体パッケージ3の表面側の半導体チップ13又は裏面側の半導体チップ14に置き換えて、図7に示したフリップチップ型の半導体チップを用いるようにしても良い。
すなわち、半導体パッケージ3の表面側の半導体チップ13又は裏面側の半導体チップ14をフリップチップ型とすることにより、この半導体チップを内部基板12と電気的接続するようにしても良い。
これにより、フリップチップ型とした半導体チップの上に配線端子を設ける必要がないので、半導体パッケージ3を薄く形成することができる。
以上説明したように、本実施の形態に係る半導体装置は主基板1上に積層された半導体チップをフリップチップ型とすることにより、この半導体チップを主基板1と電気的接続した構成とする。
これにより、実施の形態1の効果に加えて、主基板1の面積を小さくすることができる。また、半導体パッケージ3のパッケージサイズの制約を緩和することもできる。
また、表面側の半導体チップ13又は裏面側の半導体チップ14をフリップチップ型とすることにより、この半導体チップを内部基板12と電気的接続した構成とする。
これにより、実施の形態1の効果に加えて、半導体パッケージ3を薄く形成することができる。
実施の形態3.
図8は、本実施の形態に係る半導体装置を示す図である。詳細には、図8(a)は半導体チップおよび半導体パッケージを搭載した半導体装置の平面図であり、図8(b)は、図8(a)のA−A’方向の断面図である。
図8に示すように、内部基板12の表面側で、内部基板12の全ての辺に沿って配置された配線端子9が露出するように樹脂パターン18が形成されている。
それ以外の構成については、実施の形態1と同様であるので、説明を省略する。
半導体パッケージ3に設けられた配線端子9の数が多いときには、例えば、内部基板12の表面側で、内部基板12の全ての辺に沿って配置される。このような場合には、配線端子9が露出するように、内部基板12の表面側で、内部基板12の全ての辺に沿って樹脂パターン18を形成する。
なお、配線端子が裏面側に形成されている場合には、その配線端子が露出するように樹脂パターン18を形成する。
これにより、内部基板12に搭載した半導体チップが多数の配線端子を必要とする場合にも、半導体パッケージ3を主基板1と電気的接続することができる。
以上説明したように本実施の形態に係る半導体装置は、内部基板12の表面側又は裏面側のいずれか一方で内部基板12の全ての辺に沿って配置された配線端子9が露出するように樹脂パターン18を形成した構成とする。
これにより、実施の形態1の効果に加えて、内部基板12に搭載した半導体チップが多数の配線端子を必要とする場合にも、半導体パッケージ3を主基板1と電気的接続することができる。
本発明の実施の形態1に係る半導体装置を示す平面図および断面図。 本発明の実施の形態1に係る半導体装置を示す断面図。 本発明の実施の形態1に係る半導体装置を示す断面図。 本発明の実施の形態1に係る半導体装置を示す平面図および断面図。 本発明の実施の形態1に係る半導体装置を示す断面図。 本発明の実施の形態2に係る半導体装置を示す平面図および断面図。 本発明の実施の形態2に係る半導体装置を示す断面図。 本発明の実施の形態3に係る半導体装置を示す平面図および断面図。
符号の説明
1 主基板、2a、2b、2c 半導体チップ、3 半導体パッケージ、4、6、7、9、15、17 配線端子、5、8、16 金線、10 半田ボール、11 封止樹脂、12 内部基板、13 表面側の半導体チップ、14 裏面側の半導体チップ、18 樹脂パターン。

Claims (8)

  1. 主基板と、
    前記主基板上に積層され前記主基板と電気的接続された少なくとも一つの半導体チップと、
    前記半導体チップの上に積層され前記主基板と電気的接続された半導体パッケージと、
    前記主基板上に形成され前記半導体チップおよび前記半導体パッケージの全面を覆う封止樹脂と、を含む半導体装置であって、
    前記半導体パッケージは、
    内部基板と、
    前記内部基板の表面側に積層され前記内部基板と電気的接続された少なくとも一つの表面側の半導体チップと、
    前記内部基板の裏面側に積層され前記内部基板と電気的接続された少なくとも一つの裏面側の半導体チップと、
    前記表面側の半導体チップおよび前記裏面側の半導体チップの全面を覆うとともに前記内部基板の表面側又は裏面側のいずれか一方に配置された配線端子が露出するように形成された樹脂パターンと、を含むことを特徴とする半導体装置。
  2. 前記主基板上に積層された半導体チップ、および前記半導体チップの上に積層された半導体パッケージを、ワイヤにより前記主基板と電気的接続したことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  3. 前記主基板上に積層された半導体チップをフリップチップ型とすることにより、この半導体チップを前記主基板と電気的接続したことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  4. 前記表面側の半導体チップ又は前記裏面側の半導体チップを、ワイヤにより前記内部基板と電気的接続したことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の半導体装置。
  5. 前記表面側の半導体チップ又は前記裏面側の半導体チップをフリップチップ型とすることにより、この半導体チップを前記内部基板と電気的接続したことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の半導体装置。
  6. 前記内部基板の表面側又は裏面側のいずれか一方で前記内部基板の二つの辺に沿って配置された配線端子が露出するように前記樹脂パターンを形成したことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の半導体装置。
  7. 前記内部基板の表面側又は裏面側のいずれか一方で前記内部基板の全ての辺に沿って配置された配線端子が露出するように前記樹脂パターンを形成したことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の半導体装置。
  8. 内部基板と、
    前記内部基板の表面側に積層され前記内部基板と電気的接続された少なくとも一つの表面側の半導体チップと、
    前記内部基板の裏面側に積層され前記内部基板と電気的接続された少なくとも一つの裏面側の半導体チップと、
    前記表面側の半導体チップおよび前記裏面側の半導体チップの全面を覆うとともに前記内部基板の表面側又は裏面側のいずれか一方に配置された配線端子が露出するように形成された樹脂パターンと、を含む半導体パッケージを形成する工程と、
    前記半導体パッケージの電気テストを行って良品又は不良品のいずれであるかを判定する工程と、
    主基板上に少なくとも一つの半導体チップを積層するとともに前記主基板と電気的接続する工程と、
    前記半導体チップの上に、前記電気的テストにより良品と判定された半導体パッケージを積層するとともに前記主基板と電気的接続する工程と、
    前記主基板上で前記半導体チップおよび前記半導体パッケージの全面を覆うように封止樹脂を形成する工程と、
    を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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JP2006216911A (ja) * 2005-02-07 2006-08-17 Renesas Technology Corp 半導体装置およびカプセル型半導体パッケージ

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