JP2006059871A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、配線基板上に積層して搭載された複数の半導体素子を有する積層型マルチチップ半導体装置の放熱性能を高め、半導体素子間の電気的な相互干渉を緩和することができる半導体装置およびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device capable of enhancing the heat dissipation performance of a multilayer multichip semiconductor device having a plurality of semiconductor elements stacked and mounted on a wiring board, and mitigating electrical mutual interference between the semiconductor elements, and It relates to the manufacturing method.
近年、半導体装置の単位面積あたりの半導体素子の高密度化が求め続けられているが、チップ中の回路素子の高密度化と平行して、半導体素子を1つの半導体装置内に複数積層するマルチチップ構造の半導体装置が製造されている。 In recent years, high density of semiconductor elements per unit area of a semiconductor device has been continuously demanded. In parallel with high density of circuit elements in a chip, a multi-layer in which a plurality of semiconductor elements are stacked in one semiconductor device. A semiconductor device having a chip structure is manufactured.
以下従来例としてワイヤボンディングタイプの半導体装置であるPBGAを例に、図5によって説明する。 Hereinafter, a PBGA which is a wire bonding type semiconductor device will be described as an example of the prior art with reference to FIG.
図5(a)は半導体装置の断面図、図5(b)は半導体装置の上面から見た透過図である。概略でいうと、この半導体装置は半導体素子1A,1B、半導体基板2、熱伝導性接着剤4A,4B、ボンディングワイヤ5A,5B、封止樹脂6、外部電極7を有している。
5A is a cross-sectional view of the semiconductor device, and FIG. 5B is a transparent view seen from the top surface of the semiconductor device. Generally speaking, this semiconductor device includes
次にこの製造工程を図6によって説明する。概略でいうと、まず図6(a)のように半導体基板2の1主面に熱伝導性接着剤4Aを塗布し、半導体素子1Aの裏面を搭載する。次に図6(b)のように半導体素子1Aの表面に熱伝導性接着剤4Bを塗布し、半導体素子1Bの裏面を搭載する。引き続き図6(c)のように半導体基板2の1主面に形成された接続パターン(図示せず)と半導体素子1Aまたは1Bの表面に形成された接続パターン(図示せず)の間をボンディングワイヤ5Aまたは5Bによって電気的に接続する。続いて図6(d)のように金型8を使用し、封止樹脂6によって半導体基板2上を封止する。最後に図6(e)のように外部電極7を半導体基板2の下面に形成された接続パターンに搭載する。
Next, this manufacturing process will be described with reference to FIG. In summary, first, as shown in FIG. 6A, a heat conductive adhesive 4A is applied to one main surface of the
半導体素子1A,1Bの素材には主にシリコンが用いられる。半導体基板2はガラスエポキシ製のものなどが用いられる。熱伝導性接着剤4A,4Bの材料としてはエポキシ樹脂などが用いられる。ワイヤボンディング5A,5Bとしては金線が用いられることが多い。封止樹脂6としては例えばエポキシ樹脂などが用いられ、外部電極7としては半田バンプなどの形態が取られ、半田バンプの材料としては低弾性である共晶半田が用いられることが多い。
Silicon is mainly used as a material for the
従来技術としては、半導体素子上に放熱体を配置し、この放熱体の一部が半導体基板上に接続される構造にすることによって、半導体素子の発熱を半導体基板側に伝導させるというものがあった(例えば特許文献1参照)。
しかしながら、1つの半導体装置内に複数の半導体素子を有する積層型マルチチップ半導体装置においては、発熱体である半導体素子が複数になるために、従来よりも高い放熱性能が必要になる。 However, in a multi-chip semiconductor device having a plurality of semiconductor elements in one semiconductor device, since there are a plurality of semiconductor elements that are heating elements, higher heat dissipation performance than before is required.
また異なる機能を持つ半導体素子が隣接して配置されることになる積層型マルチチップ半導体装置においては、半導体素子間の電気的な相互干渉が無視できなくなる。このため半導体素子間の電気的な相互干渉を緩和するための対策が必要になる。 In a stacked multichip semiconductor device in which semiconductor elements having different functions are arranged adjacent to each other, electrical mutual interference between the semiconductor elements cannot be ignored. For this reason, it is necessary to take measures to alleviate electrical mutual interference between semiconductor elements.
したがって、この発明の目的は、前記に鑑み、複数の半導体素子を有する積層型マルチチップ半導体装置において、放熱性能を高め、半導体素子間の電気的な相互干渉を緩和することができる半導体装置およびその製造方法を提供することである。 Therefore, in view of the above, an object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of improving heat dissipation performance and alleviating electrical mutual interference between semiconductor elements in a multilayer multichip semiconductor device having a plurality of semiconductor elements. It is to provide a manufacturing method.
前記の目的を達成するためにこの発明の請求項1記載の半導体装置は、外部回路と接続するための外部電極を有する基板と、前記外部電極と反対側の前記基板上に積層して搭載された複数の半導体素子とを備えた積層型マルチチップ半導体装置であって、対向する2つの半導体素子の間に一部が半導体装置の上面に露出する放熱体を配置した。 In order to achieve the above object, a semiconductor device according to claim 1 of the present invention is mounted on a substrate having an external electrode for connection to an external circuit, and stacked on the substrate opposite to the external electrode. In addition, a multi-chip semiconductor device including a plurality of semiconductor elements, and a heat dissipating body, a part of which is exposed on the upper surface of the semiconductor device, is disposed between two facing semiconductor elements.
請求項2記載の半導体装置は、請求項1記載の半導体装置において、前記放熱体と基板上に形成された接続パターンとをワイヤを用いて接続し、前記放熱体が電気的に定電位に接続される。
The semiconductor device according to
請求項3記載の半導体装置の製造方法は、複数の半導体素子を熱伝導性接着剤を使用して基板上に積層する積層型マルチチップ半導体装置の製造方法であって、前記複数の半導体素子を積層する際に前記複数の半導体素子の中の2つの半導体素子間に放熱体を熱伝導性接着剤を使用して接続する工程と、前記基板の上面に配置された接続パターンと前記半導体素子の上面に配置された接続パターンをワイヤで接続する工程と、前記基板の上面に配置された接続パターンと前記放熱体の一部をワイヤで接続する工程と、前記基板上面に前記半導体素子と前記ワイヤを覆って封止樹脂を配置する工程と、前記封止樹脂を硬化する工程と、前記基板に外部回路と接続するための外部電極を配置する工程とを含む。
A method for manufacturing a semiconductor device according to
この発明の請求項1記載の半導体装置によれば、対向する2つの半導体素子の間に一部が半導体装置の上面に露出する放熱体を配置したので、半導体素子に発熱があった際に、放熱体を伝導して外部に伝わることによって、複数の半導体素子を有する積層型マルチチップ半導体装置の放熱性能を高めることができる。 According to the semiconductor device of the first aspect of the present invention, since the heat dissipating body partly exposed on the upper surface of the semiconductor device is disposed between the two facing semiconductor elements, when the semiconductor element generates heat, By conducting the heat radiating body and transmitting it to the outside, the heat radiation performance of the multilayer multichip semiconductor device having a plurality of semiconductor elements can be improved.
請求項2では、放熱体と基板上に形成された接続パターンとをワイヤを用いて接続し、放熱体が電気的に定電位に接続されるので、定電位に接続された放熱体によって、放熱体の両側の半導体素子間の電気的な相互干渉を緩和することができる。 According to the second aspect of the present invention, the radiator and the connection pattern formed on the substrate are connected using wires, and the radiator is electrically connected to a constant potential. It is possible to reduce electrical mutual interference between semiconductor elements on both sides of the body.
この発明の請求項3記載の半導体装置の製造方法によれば、複数の半導体素子を積層する際に複数の半導体素子の中の2つの半導体素子間に放熱体を熱伝導性接着剤を使用して接続する工程と、基板の上面に配置された接続パターンと放熱体の一部をワイヤで接続する工程とを含むので、複数の半導体素子を有する積層型マルチチップ半導体装置の放熱性能を高め、半導体素子間の電気的な相互干渉を緩和することができる。
According to the method of manufacturing a semiconductor device according to
この発明の第1の実施の形態を図1および図2に基づいて説明する。図1(a)は本発明の第1の実施形態の半導体装置の断面図、(b)はその半導体装置の上面から見た透過図である。 A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1A is a cross-sectional view of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, and FIG.
図1(a)に示すように、外部回路と接続するための外部電極7を有する基板2と、外部電極7と反対側の基板2上に積層して搭載された複数の半導体素子とを備えた従来の構造に加えて、対向する2つの半導体素子1A,1Bの間に一部が半導体装置の上面に露出する放熱体3を配置している。この場合、放熱体3と熱伝導性接着剤4Bが半導体素子1Aと1B間に配置される。更にこの放熱体3は封止樹脂6の外部に露出する面を持った構造となっているが、図1(b)に示すように、半導体素子間の部分と外部へ露出する部分の間の連結部は、ボンディングワイヤ5A,5B領域を避けるようになっており、ワイヤボンディングを妨げることのない構造になっている。具体的には、放熱体3の半導体素子間の部分は、上方の半導体素子1Bより面積が大きい平板状で、その4角部から対角線方向に連結部を立ち上げている。外部へ露出する部分は、連結部と一体に封止樹脂6の上面と面一となるように形成されている。
As shown in FIG. 1A, a
第1の実施形態によると、半導体素子1A,1Bに発熱があった際に、放熱体3を伝導して半導体装置の外部に伝わることによって、半導体素子の放熱性能を向上させることが可能になる。
According to the first embodiment, when heat is generated in the
次に上記半導体装置の製造方法について説明する。図2は本発明の第1の実施形態の半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。 Next, a method for manufacturing the semiconductor device will be described. FIG. 2 is a process sectional view showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
まず図2(a)に示すように、半導体素子1Aを半導体基板2に熱伝導性接着剤4Aで接続する。熱伝導性接着剤4Aは例えばエポキシ樹脂などを用いる。
First, as shown in FIG. 2A, the
図2(b)に示すように、前記図2(a)の状態のものの上に放熱体3を熱伝導性接着剤4Bで接続する。この放熱体3は図2(d)で示すボンディングワイヤ5A,5B,5Cの領域を避けるようになっており、上記のようにワイヤボンディングを妨げることのない構造になっている。
As shown in FIG.2 (b), the
図2(c)に示すように、前記図2(b)の状態のものの上に半導体素子1Bを熱伝導性接着剤4Cで接続する。
As shown in FIG. 2 (c), the
図2(d)に示すように、前記図2(c)の状態のものの半導体素子1A,1Bの図示しない接続パターンと半導体基板2の図示しない接続パターンをボンディングワイヤ5A,5Bで接続する。ボンディングワイヤ5A,5Bは例えば金線を用いる。
As shown in FIG. 2D, the connection pattern (not shown) of the
図2(e)に示すように、前記図2(d)の状態のものを金型8の中に配置する。この際、放熱体3が樹脂封止後も上部が露出するように金型8は製造されている。配置後に封止樹脂6を封止して図2(e)に至る。封止樹脂6は例えば熱硬化性樹脂である。
As shown in FIG. 2 (e), the one in the state of FIG. 2 (d) is placed in the
最後に図2(f)に示すように、前記図2(e)の状態の半導体基板2の下面の図示しない接続パターンに外部電極7を搭載する。
Finally, as shown in FIG. 2F, the
半導体素子1A,1Bの素材には主にシリコンが用いられる。半導体基板2はガラスエポキシ製のものなどが用いられる。放熱体3は例えば銅や鉄系の金属が用いられる。熱伝導性接着剤4A,4B,4Cとしては例えばエポキシ樹脂、アクリル系樹脂、フェノール系樹脂、尿素系樹脂、イミド系樹脂、アミド系樹脂などが用いられる。ボンディングワイヤ5A,5Bとしては金線が用いられることが多い。封止樹脂6としては例えばエポキシ樹脂、アクリル系樹脂、フェノール系樹脂、尿素系樹脂、イミド系樹脂、アミド系樹脂などが用いられる。外部電極7としては半田バンプなどの形態が取られ、半田バンプの材料としては低弾性である共晶半田が用いられることが多い。
Silicon is mainly used as a material for the
この発明の第2の実施の形態を図3および図4に基づいて説明する。図3(a)は本発明の第2の実施形態の半導体装置の断面図、(b)はその半導体装置の上面から見た透過図である。 A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 3A is a cross-sectional view of a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a transparent view seen from the top surface of the semiconductor device.
図3(a)に示すように、第1の実施形態と同様に放熱体3と熱伝導性接着剤4Bが半導体素子1Aと1B間に配置される。また、この放熱体3はボンディングワイヤ5Cによって半導体基板2上の接続パターンに接続され、この接続パターンは半導体基板内の配線を介して定電位に接続される。更にこの放熱体3は封止樹脂6の外部に露出する面を持った構造となっているが、図3(b)に示すように、半導体素子間の部分と外部へ露出する部分の間の連結部は、ボンディングワイヤ5A,5B,5C領域を避けるようになっており、ワイヤボンディングを妨げることのない構造になっている。
As shown in FIG. 3A, the
第2の実施形態によると、半導体素子1A,1Bに発熱があった際に、放熱体3を伝導して半導体装置の外部に伝わることによって、半導体素子の放熱性能を向上させることが可能になる。また定電位に接続された放熱体3によって、放熱体3の両側の半導体素子1A,1B間の電気的な相互干渉を緩和することが可能になる。
According to the second embodiment, when heat is generated in the
次に上記半導体装置の製造方法について説明する。図4は本発明の第2の実施形態の半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。 Next, a method for manufacturing the semiconductor device will be described. FIG. 4 is a process sectional view showing a method for manufacturing a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.
まず図4(a)に示すように、半導体素子1Aを半導体基板2に熱伝導性接着剤4Aで接続する。熱伝導性接着剤4Aは例えばエポキシ樹脂などを用いる。
First, as shown in FIG. 4A, the
図4(b)に示すように、前記図4(a)の状態のものの上に放熱体3を熱伝導性接着剤4Bで接続する。この放熱体3は図4(d)で示すボンディングワイヤ5A,5B,5Cの領域を避けるようになっており、上記のようにワイヤボンディングを妨げることのない構造になっている。
As shown in FIG.4 (b), the
図4(c)に示すように、前記図4(b)の状態のものの上に半導体素子1Bを熱伝導性接着剤4Bで接続する。
As shown in FIG. 4 (c), the
図4(d)に示すように、前記図4(c)の状態のものの半導体素子1A,1Bの図示しない接続パターンと半導体基板2の図示しない接続パターンをボンディングワイヤ5A,5Bで接続し、更に放熱体3上の一部分と半導体基板2の図示しない接続パターンをボンディングワイヤ5Cで接続する。この際ボンディングワイヤ5Cが接続される半導体基板2上の接続パターンは半導体基板2内部の配線と下面の外部電極7を通して定電位に接続されるように設計されることとする。ボンディングワイヤ5A,5B,5Cは例えば金線を用いる。
As shown in FIG. 4D, the connection pattern (not shown) of the
図4(e)に示すように、前記図4(d)の状態のものを金型8の中に配置する。この際、放熱体3が樹脂封止後も上部が露出するように金型8は製造されている。配置後に封止樹脂6を封止して図4(e)に至る。封止樹脂6は例えば熱硬化性樹脂である。
As shown in FIG. 4 (e), the one in the state of FIG. 4 (d) is placed in the
最後に図4(f)に示すように、前記図4(e)の状態の半導体基板2の下面の図示しない接続パターンに外部電極7を搭載する。
Finally, as shown in FIG. 4F, the
半導体素子1A,1Bの素材には主にシリコンが用いられる。半導体基板2はガラスエポキシ製のものなどが用いられる。放熱体3は例えば銅や鉄系の金属が用いられる。熱伝導性接着剤4A,4B,4Cとしては例えばエポキシ樹脂、アクリル系樹脂、フェノール系樹脂、尿素系樹脂、イミド系樹脂、アミド系樹脂などが用いられる。ボンディングワイヤ5A,5Bとしては金線が用いられることが多い。封止樹脂6としては例えばエポキシ樹脂、アクリル系樹脂、フェノール系樹脂、尿素系樹脂、イミド系樹脂、アミド系樹脂などが用いられる。外部電極7としては半田バンプなどの形態が取られ、半田バンプの材料としては低弾性である共晶半田が用いられることが多い。
Silicon is mainly used as a material for the
本発明にかかる半導体装置およびその製造方法は、配線基板上に積層して搭載された複数の半導体素子を有する積層型マルチチップ半導体装置の放熱性能を高め、半導体素子間の電気的な相互干渉を緩和させる効果を有する。 A semiconductor device and a manufacturing method thereof according to the present invention improve the heat dissipation performance of a stacked multi-chip semiconductor device having a plurality of semiconductor elements stacked and mounted on a wiring board, and prevent electrical mutual interference between semiconductor elements. Has a relaxing effect.
従って、配線基板上に積層して搭載された複数の半導体素子を有する積層型マルチチップ半導体装置であるPBGA、PGA、CSP等を適用するコンピュータやネットワークルータ、PDP、デジタルTV、ハイビジョンTV、携帯電話、あるいは、特に非常な負荷の加わる車載用半導体装置などにおいて有用である。 Accordingly, computers, network routers, PDPs, digital TVs, high-definition TVs, mobile phones to which PBGA, PGA, CSP, etc., which are stacked multichip semiconductor devices having a plurality of semiconductor elements stacked and mounted on a wiring board, are applied. Or, it is particularly useful in an in-vehicle semiconductor device to which a very heavy load is applied.
1A,1B 半導体素子
2 半導体基板
3 放熱体
4A,4B,4C 熱伝導性接着剤
5A,5B,5C ボンディングワイヤ
6 封止樹脂
7 外部電極
8 金型
1A,
Claims (3)
対向する2つの半導体素子の間に一部が半導体装置の上面に露出する放熱体を配置したことを特徴とする半導体装置。 A multilayer multichip semiconductor device comprising a substrate having an external electrode for connecting to an external circuit, and a plurality of semiconductor elements stacked and mounted on the substrate opposite to the external electrode,
A semiconductor device, wherein a heat radiating body, a part of which is exposed on an upper surface of a semiconductor device, is disposed between two opposing semiconductor elements.
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