JP2007059430A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 放熱性を維持しながら電源／ＧＮＤ供給による電圧降下を防ぐことが可能なＳＩＰタイプの半導体装置を提供する。
【解決手段】 配線基板３と、配線基板３上に搭載され、主面に複数の接続端子が形成された第１の半導体チップ２と、第１の半導体チップ上に積層され、主面に形成された少なくとも一部の接続端子が前記第１の半導体チップ主面の接続端子８に接合された第２の半導体チップ２とを備え、配線基板の第１の半導体チップの電源端子又はＧＮＤ端子もしくは電源端子及びＧＮＤ端子への電源／ＧＮＤ供給は、配線基板上部の第２の半導体チップ裏面に設けた配線パターン及びこの配線パターンに電気的に接続され、第２の半導体チップの貫通孔１４に埋め込まれた導電層７を介して行われる。放熱性を維持しながら電源／ＧＮＤ供給による電圧降下を防ぐことが可能になる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、主面同士を対向させるフェイスツーフェイス（Face to Face）で半導体チップを合わせ、配線基板下部の第１のチップの中心部などの所定の位置に電源／ＧＮＤ供給が可能なＳＩＰ（System In Package)タイプの半導体装置に関するものである。

従来のFace to Faceで積層するＳＩＰタイプの半導体装置は、信号配線を短くしてチップ間での通信速度を高めることを目的として開発されたものである。ＳＩＰタイプの半導体装置は、配線パターン、外部接続端子等を備えた配線基板と、この配線基板上に搭載され、主面に複数の接続端子が形成された第１の半導体チップと、第１の半導体チップ上に積層され、主面に形成された少なくとも一部の接続端子が第１の半導体チップ主面に形成された接続端子に接合された第２の半導体チップとを有している。第１及び第２の半導体チップ間の電気的接続は、両者間に形成配置されたはんだボールなどの接続端子により行われ、配線基板上に形成された配線パターンの一部を構成する接続電極と第１の半導体チップに形成された半導体集積回路との電気的接続は、ボンディングワイヤにより行われる。ＳＩＰタイプの半導体装置は、信号配線を短くしてチップ間での通信速度を高める、という作用効果がある一方で、例えば、中心部などの所定の位置における電圧降下が大きくなるという問題を生じることがあった。例えば、配線基板から第１の半導体チップへの電源供給は、ボンディングワイヤにより行われ、第１の半導体チップから上部の第２の半導体チップへの電源結合は両チップ間に介在するバンプ電極により行われ、その間の電圧降下は大きいものである。

従来技術が記載された特許文献１には、パッケージ基板上に第１の半導体基板とこの上に重ねられた第２の半導体基板とを有し、第１の半導体基板の端子と第２の半導体基板の端子とが直接接続され、第２の半導体基板にはスルーホールが形成され、このスルーホールの上端部に端子が形成されているので、半導体装置の占有面積を小さくできることが示されている。
特開２０００−１２６１８号公報

本発明は、放熱性を維持しながら電源／ＧＮＤ供給による電圧降下を防ぐことが可能な半導体装置を提供する。

本発明の半導体装置の一態様は、配線基板と、前記配線基板上に搭載され、主面に複数の接続端子が形成された第１の半導体チップと、前記第１の半導体チップ上に積層され、主面に形成された少なくとも一部の接続端子が前記第１の半導体チップ主面の接続端子に接合された第２の半導体チップとを備え、前記配線基板の前記第１の半導体チップの電源端子又はＧＮＤ端子もしくは電源端子及びＧＮＤ端子への電源／ＧＮＤ供給は、前記配線基板上部の前記第２の半導体チップ裏面に設けた配線パターン及びこの配線パターンに電気的に接続され、前記第２の半導体チップを貫通する導電層を介して行われることを特徴としている。

本発明は、以上の構成により、放熱性を維持しながら電源／ＧＮＤ供給による電圧降下を防ぐことが可能になる。

本発明は、チップをFace to Faceで積層するタイプの半導体装置において、配線基板上に積層された半導体チップの積層体のうち下部の半導体チップへの電源／ＧＮＤ供給は、配線基板の上部に積層された半導体チップを貫通する導電層を介して行われることに特徴がある。
以下、実施例を参照して発明の実施の形態を説明する。

まず、図１及び図２を参照して実施例１を説明する。
図１は、この実施例のＳＩＰタイプの半導体装置の断面図、図２は、図１に示される半導体装置平面図であり、図１は、図２のＡ−Ａ′線に沿う部分の断面図である。
図１に示すように、通常パッケージ基板といわれる配線基板３上にFace to Faceで積層された一対の半導体チップ１、２が搭載されている。配線基板３の主面であるチップ搭載面にチップ搭載領域とその周辺に複数の接続電極（パッド）１２が設けられている。配線基板３には接続電極１２が電気的に接続された多層もしくは単層の配線パターン（図示しない）が形成されている。配線基板３の裏面にははんだボールなどの外部接続端子４が形成されており、外部接続端子には、電源端子、ＧＮＤ端子及び信号端子が含まれる。外部接続端子４は、配線基板３に設けられた配線パターンを介して接続電極１２に電気的に接続される。配線基板３のチップ搭載領域に第１の半導体チップ２を主面を上にして（矢印方向）搭載する。即ち、エポキシ樹脂などの接着剤１１を用いて第１の半導体チップ２裏面を配線基板３に接合する。

第１の半導体チップ２主面には内部の回路と電気的に接続された接続電極が形成され、その上にバンプ電極６、８が設けられている。第１の半導体チップ２に第２の半導体チップ１をFace to Faceで積層する時に、第１の半導体チップ２上のバンプ電極８は、第２の半導体チップ１の接続電極あるいは接続電極上のバンプ電極に接合されている。第１の半導体チップ２は、配線基板３に接着剤１１を介してべた付けされているので、第１の半導体チップ３から発生する熱は配線基板３を介して効率的に放熱される。

第２の半導体チップ１は、主面を下（矢印方向）にし、第１の半導体チップ２主面上のバンプ電極８に第２の半導体チップ１の接続電極或いはバンプ電極を接合するようにして両者を積層すると共に両者の電気的な接続を行う。この実施例では第２の半導体チップ１裏面に金属層１０を形成する。金属層１０は、例えば、金を真空蒸着などにより形成する方法により形成される。また、第２の半導体チップ１には貫通孔１４が形成され、その中に導電層７をメッキなどにより形成する。導電層７を形成する位置は、その半導体チップが従来の方法で行ったときに生ずる電圧降下の著しい所に定める。貫通孔１４は、通常の半導体製造技術であるトレンチ技術を用いることができる。この時、金属層１０は、貫通孔１４を覆うように形成され、導電層７が金属層１０に接続するように構成する。第１の半導体チップ２に第２の半導体チップ１を重ねた時に、第１の半導体チップ２主面上のバンプ電極８は、第２の半導体チップ１の信号が流れる接続電極もしくは接続電極上のバンプ電極に接合される。一方、第１の半導体チップ２主面上のバンプ電極６は、第２の半導体チップ１の導電層７に接合されるか、あるいは予め導電層７の上に設けたバンプ電極に接合される。

配線基板３と半導体チップ１、２との電気的な接続は、ボンディングワイヤ９が配線基板３裏面に取り付けられた外部接続端子４の電源端子又はＧＮＤ端子と金属層１０に電気的に接続された接続電極１２との間を接続することにより行われる。一方、配線基板３の信号の流れる接続電極１２と第１の半導体チップ２の接続電極１３とはボンディングワイヤ５により接続される。配線基板３上に搭載された第１及び第２の半導体チップ１、２は、配線基板３上に形成された樹脂封止体（図示しない）により封止されている。
この半導体装置において、信号は、外部接続端子４から配線基板３内部の配線パターンを介して接続電極１２に流れ、ボンディングワイヤ５を介して接続電極１３を通って第１の半導体チップ２内部を流れる。そして、バンプ電極８を介して第２の半導体チップ１内部を流れ、あるいはこれとは逆に流れる。

電源又はＧＮＤの供給は、配線基板３からボンディングワイヤ９、ボンディングワイヤ９から第２の半導体チップ１裏面に形成された金属層１０、金属層１０から第２の半導体チップ１の貫通孔１４に形成された導電層７、導電層７からバンプ電極６という経路で行われる。
従来なら電圧降下の著しい位置に貫通孔を形成し導電層を埋め込んでいるので、電圧降下を防ぐことが可能になり、半導体チップが配線基板にべた貼りされているので放熱性を維持しながら電源又はＧＮＤ供給による電圧降下を防ぐことができる。この実施例では、例えば、第１の半導体チップ２が論理回路チップであり、第２の半導体チップ１がＤＲＡＭであるように、異種の半導体チップを積層することができる。

次に、図３及び図４を参照して実施例２を説明する。
図３は、この実施例のＳＩＰタイプの半導体装置の断面図、図４は、図３に示される半導体装置平面図であり、図３は、図４のＡ−Ａ′線に沿う部分の断面図である。この実施例では、第２の半導体チップ裏面に２つの金属層が形成され、それぞれ電源配線及びＧＮＤ配線の一部として用いられることに特徴がある。
図３に示すように、パッケージ基板といわれる配線基板２３上にFace to Faceで積層された一対の半導体チップ２１、２２が搭載されている。配線基板２３主面のチップ搭載面にはチップ搭載領域とその周辺に複数の接続電極（パッド）３２が設けられている。配線基板２３には接続電極３２が電気的に接続された多層もしくは単層の配線パターン（図示しない）が形成されている。配線基板２３の裏面にははんだボールなどの外部接続端子２４が形成されており、外部接続端子２４には、電源端子、ＧＮＤ端子及び信号端子が含まれる。

外部接続端子２４は、配線基板２３に設けられた配線パターンを介して接続電極３２に電気的に接続される。配線基板２３のチップ搭載領域に第１の半導体チップ２２を主面を上にして（矢印方向）搭載する。エポキシ樹脂などの接着剤３１を用いて第１の半導体チップ２２裏面を配線基板２３に接合する。第１の半導体チップ２２主面には内部の回路と電気的に接続された接続電極が形成され、その上にバンプ電極２６、２６ａ、２８が設けられている。第１の半導体チップ２２は、配線基板２３に接着剤３１を介してべた付けされているので、第１の半導体チップ２２から発生する熱は配線基板２３を介して効率的に放熱される。
第２の半導体チップ２１は、主面を下（矢印方向）にし、第１の半導体チップ２２主面上のバンプ電極２８に第２の半導体チップ２１の接続電極或いはバンプ電極を接合するようにして両者を積層すると共に両者の電気的な接続を行う。

この実施例では第２の半導体チップ２１裏面に２層の金属層２０、２０ａを形成する。金属層２０、２０ａは、例えば、金を真空蒸着などにより形成される。また、第２の半導体チップ２１には貫通孔３４、３４ａが形成され、その中に導電層２７、２７ａがメッキなどにより形成される。導電層２７、２７ａを形成する位置は、その半導体チップが従来の方法で行ったときに生ずる電圧降下の著しい所に定める。貫通孔３４、３４ａは、通常の半導体製造技術であるトレンチ技術を用いることができる。この時、金属層２０は貫通孔３４を、金属層２０ａは貫通孔３４ａを覆うように形成され、導電層２７が金属層２０に接続し、導電層２７ａが金属層２０ａに接続するように構成する。第１の半導体チップ２２に第２の半導体チップ２１を重ねた時に、第１の半導体チップ２２主面上のバンプ電極２８は、第２の半導体チップ２１の信号が流れる接続電極もしくは接続電極上のバンプ電極に接合される。一方、第１の半導体チップ２２主面上のバンプ電極２６は、第２の半導体チップ２１の導電層２７に接合されるか、あるいは予め導電層２７の上に設けたバンプ電極に接合される。また、第１の半導体チップ２２主面上のバンプ電極２６ａは、第２の半導体チップ２１の導電層２７ａに接合されるか、あるいは予め導電層２７ａの上に設けたバンプ電極に接合される。

配線基板２３と半導体チップ２１、２２との電気的な接続は、ボンディングワイヤ２９が配線基板２３裏面に取り付けられた外部接続端子２４の電源端子と金属層２０に電気的に接続された接続電極３２との間を接続する。また、ボンディングワイヤ２９ａが配線基板２３裏面に取り付けられた外部接続端子２４のＧＮＤ端子と金属層２０ａに電気的に接続された接続電極３２との間を接続する。一方、配線基板２３の信号の流れる接続電極３２と第１の半導体チップ２２の接続電極３３とはボンディングワイヤ（図示しない）により接続される。配線基板２３上に搭載された第１及び第２の半導体チップ２２、２１は、配線基板２３上に形成された樹脂封止体（図示しない）により封止されている。
この半導体装置において、信号は、外部接続端子２４から配線基板２３内部の配線パターンを介して接続電極３２に流れ、ボンディングワイヤを介して第１の半導体チップ２２の接続電極（図示しない）を通って第１の半導体チップ２２内部を流れる。そして、バンプ電極２８を介して第２の半導体チップ２１内部を流れ、あるいはこれとは逆に流れる。

電源の供給は、配線基板２３からボンディングワイヤ２９、ボンディングワイヤ２９から第２の半導体チップ２１裏面に形成された金属層２０、金属層２０から第２の半導体チップ２１の貫通孔３４に形成された導電層２７、導電層２７からバンプ電極２６という経路で行われる。一方、ＧＮＤの供給は、配線基板２３からボンディングワイヤ２９ａ、ボンディングワイヤ２９ａから第２の半導体チップ２１裏面に形成された金属層２０ａ、金属層２０ａから第２の半導体チップ２１の貫通孔３４ａに形成された導電層２７ａ、導電層２７ａからバンプ電極２６ａという経路で行われる。
従来なら電圧降下の著しい位置に貫通孔を形成し導電層を埋め込んでいるので電圧降下を防ぐことが可能になり、半導体チップが配線基板にべた貼りされているので放熱性を維持しながら電源又はＧＮＤ供給による電圧降下を防ぐことができる。この実施例では、例えば、第１の半導体チップ２が論理回路チップであり第２の半導体チップ１がＤＲＡＭであるように、異種の半導体チップを積層することが可能である。

次に、図５を参照して実施例３を説明する。
図５は、この実施例のＳＩＰタイプの半導体装置の概略平面図であり、図５（ａ）は、第２の半導体チップ裏面に１層の金属層を設けた場合、図５（ｂ）は、複数層（この実施例では２層）を設けた場合である。この実施例では第２の半導体チップ裏面の金属層に複数の配線を介して電源あるいはＧＮＤが供給されることに特徴がある。
図５（ａ）に示すように、パッケージ基板といわれる配線基板３７上にFace to Faceで積層された一対の半導体チップ３５、３６が搭載されている。配線基板３７主面のチップ搭載面にはチップ搭載領域とその周辺に複数の接続電極（パッド）３８が設けられている。配線基板３７には接続電極３８が電気的に接続された多層もしくは単層の配線パターン（図示しない）が形成されている。配線基板３７の裏面にははんだボールなどの外部接続端子（図示しない）が形成されており、外部接続端子には、電源端子、ＧＮＤ端子及び信号端子が含まれる。外部接続端子は、配線基板３７に設けられた配線パターンを介して接続電極３８に電気的に接続される。配線基板３７のチップ搭載領域に第１の半導体チップ３６を主面を上にして搭載する。

エポキシ樹脂などの接着剤（図示しない）を用いて第１の半導体チップ３６裏面を配線基板３７に接合する。第１の半導体チップ３６主面には内部の回路と電気的に接続された接続電極（図示しない）が形成され、その上にバンプ電極（図示しない）が設けられている。第１の半導体チップ３６は、配線基板３７に接着剤を介してべた付けされているので、第１の半導体チップ３６から発生する熱は配線基板２３を介して効率的に放熱される。
第２の半導体チップ３５は、主面を下にし、第１の半導体チップ３６主面上のバンプ電極に第２の半導体チップ３５の接続電極或いはバンプ電極を接合するようにして両者を積層すると共に両者の電気的な接続を行う。

この実施例では第２の半導体チップ３６裏面に金属層３０を形成する。金属層３０は、例えば、金を真空蒸着などにより形成される。また、第２の半導体チップ３５には貫通孔が形成され、その中に導電層３３がメッキなどにより形成される。導電層３３を形成する位置は、その半導体チップが従来の方法で行ったときに生ずる電圧降下の著しい所に定める。貫通孔は、通常の半導体製造技術であるトレンチ技術を用いることができる。この時、金属層３０は、貫通孔を覆うように形成され、導電層３３が金属層３０に接続するように構成する。第１の半導体チップ３６に第２の半導体チップ３５を重ねた時に、第１の半導体チップ３６主面上のバンプ電極は、第２の半導体チップ３５の信号が流れる接続電極もしくは接続電極上のバンプ電極に接合される。一方、第１の半導体チップ３６主面上のバンプ電極は、第２の半導体チップ３５の導電層３３に接合されるか、あるいは予め導電層３３の上に設けたバンプ電極に接合される。

配線基板３７と半導体チップ３５、３６との電気的な接続は、複数のボンディングワイヤ３９が配線基板３７裏面に取り付けられた外部接続端子の電源端子又はＧＮＤ端子に接続された接続電極との間を接続する。一方、配線基板３７の信号の流れる接続電極３８と第１の半導体チップ３６の接続電極（図示しない）とはボンディングワイヤ（図示しない）により接続される。配線基板３７上に搭載された第１及び第２の半導体チップ３６、３５は、配線基板３７上に形成された樹脂封止体（図示しない）により封止されている。

従来なら電圧降下の著しい位置に貫通孔を形成し導電層を埋め込んでいるので電圧降下を防ぐことが可能になり、半導体チップが配線基板にべた貼りされているので放熱性を維持しながら電源又はＧＮＤ供給による電圧降下を防ぐことができる。この実施例では、例えば、第１の半導体チップ２が論理回路チップであり第２の半導体チップ１がＤＲＡＭであるように、異種の半導体チップを積層することが可能である。この実施例では複数のボンディングワイヤを用いて金属層と配線基板の接続電極とを接続しているので、安定した電源／ＧＮＤ供給が行われる。これは、図５（ｂ）の半導体装置についても同様の効果がある。図示のように、第２の半導体チップ３５裏面には電源配線用金属層３０及びＧＮＤ配線用金属層３０ａの２層が形成され、それぞれ複数のボンディングワイヤ３９、３９ａが配線基板３７の接続電極３８と金属層３０、３０ａとを接続している。金属層３０、３０ａは、第２の半導体チップ３５に形成された貫通孔内に埋め込まれた導電層３３、３３ａに接合されている。導電層３３、３３ａは、第１及び第２半導体チップ間のバンプ電極にそれぞれ電気的に接続されている。

本発明の一実施例である実施例１のＳＩＰタイプの半導体装置の断面図。 図１に示される半導体装置平面図（図１は、図２のＡ−Ａ′線に沿う部分の断面図）。 本発明の一実施例である実施例２のＳＩＰタイプの半導体装置の断面図。 図３に示される半導体装置平面図（図３は、図４のＡ−Ａ′線に沿う部分の断面図）。 本発明の一実施例である実施例３のＳＩＰタイプの半導体装置の概略平面図。

符号の説明

１、２１、３５・・・上部に積層された第２の半導体チップ
２、２２、３６・・・下部の第１の半導体チップ
３、２３、３７・・・パッケージ基板
４、２４・・・外部接続端子（はんだボール）
５・・・信号用ボンディングワイヤ
６、２６、２６ａ・・・第１の半導体チップから第２の半導体チップへの電源／ＧＮＤ結合のバンプ電極
７、２７、２７ａ、３３、３３ａ・・・導電層（配線基板から第１の半導体チップへの電源／ＧＮＤ配線（貫通孔内））
８、２８・・・バンプ電極（第１の半導体チップから第２の半導体チップへの信号配線）
９、２９、２９ａ、３９、３９ａ・・・ボンディングワイヤ（配線基板から第２の半導体チップ裏面への電源／ＧＮＤ配線
１０、２０、２０ａ、３０、３０ａ・・・金属層（第２の半導体チップ裏面の電源／ＧＮＤ配線）
１１、３１・・・接着剤
１２、３２、３８・・・接続電極（配線基板）
１３・・・接続電極（第１の半導体チップ）
１４、３４、３４ａ・・・貫通孔（第２の半導体チップ）

Claims (5)

1. 配線基板と、
   前記配線基板上に搭載され、主面に複数の接続端子が形成された第１の半導体チップと、
   前記第１の半導体チップ上に積層され、主面に形成された少なくとも一部の接続端子が前記第１の半導体チップ主面の接続端子に接合された第２の半導体チップとを備え、
   前記配線基板下部の前記第１の半導体チップの電源端子又はＧＮＤ端子もしくは電源端子及びＧＮＤ端子への電源／ＧＮＤ供給は、前記配線基板上部の前記第２の半導体チップ裏面に設けた配線パターン及びこの配線パターンに電気的に接続され、前記第２の半導体チップを貫通する導電層を介して行われることを特徴とする半導体装置。
2. 前記配線パターンは、電源配線又はＧＮＤ配線の少なくとも一方を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記第２の半導体チップを貫通する導電層は、電源電圧もしくはＧＮＤ電圧の電圧降下が他の部分より大きい位置に設けることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体装置。
4. 前記導電層が設けられる位置は、前記第２の半導体チップの中央部分もしくは中央近傍であることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
5. 前記配線基板上に形成された接続電極と前記第２の半導体チップ裏面に設けられた前記配線パターンとはボンディングワイヤにより電気的に接続されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の半導体装置。
   
   
   

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