JP2007165758A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】従来の積層型MCPにおいては、半導体チップのチップサイズが制約を受ける。
【解決手段】半導体装置1は、基板10、基板20、半導体チップ30、半導体チップ40、BGAボール50、およびBGAボール60を備えている。基板10上には、半導体チップ30が載置されている。この半導体チップ30は、ワイヤボンディングにより基板10に接続されている。基板20上には、半導体チップ40が載置されている。この半導体チップ40は、ワイヤボンディングにより基板10に接続されている。基板10には、BGAボール50およびBGAボール60が接続されている。BGAボール50は、半導体チップ30の内部配線と電気的に接続されている。BGAボール60は、半導体チップ40の内部配線と電気的に接続されている。
【選択図】図1

Description

本発明は、半導体装置およびその製造方法に関する。
半導体装置の中には、複数の半導体チップが1つのパッケージに搭載されたものがある。かかる半導体装置は、マルチチップパッケージ(MCP)と呼ばれている。MCPのうち、複数のチップが縦方向(パッケージの高さ方向)に沿って配置されたものは、特に、積層型MCPと呼ばれている。このように複数のチップが三次元的に配列されることにより、積層型MCPによれば、チップの総実装面積を小さく抑えることができる。
図5は、従来の積層型MCPを示す断面図である(例えば特許文献1)。積層型MCPである半導体装置100においては、基板101上に半導体チップ102が載置されるとともに、半導体チップ102上に半導体チップ103が載置されている。これらの半導体チップ102および半導体チップ103の信号パッド(図示せず)は、それぞれボンディングワイヤ104およびボンディングワイヤ105によって、基板101の信号リード(図示せず)に接続されている。基板101上の半導体チップ102,103およびボンディングワイヤ104,105は、樹脂106によって封止されている。また、基板101には、BGAボール107が接続されている。
特許文献2にも、積層型MCPが記載されている。同文献に記載の半導体装置を図6に示す。半導体装置110においては、セラミック多層配線キャップ111上に周辺電子部品112が載置されている。また、放熱用金属板113上に半導体チップ114が載置されている。この半導体チップ114は、ワイヤボンディングによりセラミック多層配線基板115に接続されている。このセラミック多層配線基板115は、入出力ピン116を介してセラミック多層配線キャップ111と電気的に接続されている。この半導体装置110において、半導体チップ114からの信号は、セラミック多層配線基板115、入出力ピン116およびセラミック多層配線キャップ111を通じて、セラミック多層配線キャップ111に設けられた入出力バンプ117に出力される。
特開2004−111656号公報 特開平8−97352号公報
しかしながら、図5の半導体装置100においては、半導体チップ103のチップサイズに制約が生じる。すなわち、半導体チップ103が半導体チップ102に比べて極端に小さい場合には、半導体チップ103と基板101とを結ぶボンディングワイヤ105を長くせざるを得ない。すると、ワイヤボンディング直後のボンディングワイヤ105の高さが高くなり、樹脂封入の際には樹脂106の流入によってボンディングワイヤ105が流れ易くなる。このことは、隣接するボンディングワイヤ間でのショートの発生につながってしまう。したがって、かかるショートの発生を防ぐ観点から、半導体チップ103のチップサイズは制約を受けることになる。
また、図6の半導体装置110においては、セラミック多層配線キャップ111とセラミック多層配線基板115とが、入出力ピン116を介して接続されている。かかる構成の場合、セラミック多層配線キャップ111とセラミック多層配線基板115とを接続する際に、電気的接続を行う必要がある。そのため、それらの接続部での導通不良が発生し易くなる。
本発明による半導体装置は、第1および第2の基板と、上記第1の基板上に載置され、ワイヤボンディングにより上記第1の基板に接続された第1の半導体チップと、上記第1の半導体チップと対向するように上記第2の基板上に載置され、ワイヤボンディングにより上記第1または第2の基板に接続された第2の半導体チップと、上記第1の基板に接続され、上記第1の半導体チップの内部配線と電気的に接続された第1の外部電極端子と、上記第1または第2の基板のうちワイヤボンディングにより上記第2の半導体チップが接続された方の基板に接続され、上記第2の半導体チップの内部配線と電気的に接続された第2の外部電極端子と、を備えることを特徴とする。
この半導体装置においては、第1の半導体チップと第2の半導体チップとが対向して配置されている。これにより、図5の半導体装置100とは異なり、第1および第2の半導体チップの相対的なチップサイズが制約を受けることがない。さらに、第2の半導体チップがワイヤボンディングにより接続された基板に対して、第2の外部電極端子が設けられている。このため、第2の半導体チップからの信号は、その基板を通じて、第2の外部電極端子に出力される。かかる構成であれば、図6の半導体装置110とは異なり、第1の基板と第2の基板とを接続する際に、電気的接続を行う必要がない。したがって、導通不良の発生を防止することができる。
本発明による半導体装置の製造方法は、第1および第2の基板を準備する工程と、上記第1の基板上に第1の半導体チップを載置する工程と、ワイヤボンディングにより上記第1の半導体チップを上記第1の基板に接続する工程と、上記第2の基板上に第2の半導体チップを載置する工程と、ワイヤボンディングにより上記第2の半導体チップを上記第1または第2の基板に接続する工程と、上記第1の半導体チップの内部配線と電気的に接続されるように、上記第1の基板に接続された第1の外部電極端子を形成する工程と、上記第2の半導体チップの内部配線と電気的に接続されるように、上記第1または第2の基板のうちワイヤボンディングにより上記第2の半導体チップが接続される方の基板に接続された第2の外部電極端子を形成する工程と、上記第1および第2の半導体チップが互いに対向するように、当該第1の半導体チップが載置された上記第1の基板と当該第2の半導体チップが載置された上記第2の基板とを接続する工程と、を含むことを特徴とする。
この製造方法においては、第1の半導体チップおよび第2の半導体チップが互いに対向するように、第1の基板と第2の基板とを接続している。これにより、図5の半導体装置100とは異なり、第1および第2の半導体チップの相対的なチップサイズが制約を受けることがない。さらに、第2の半導体チップがワイヤボンディングにより接続される基板に対して、第2の外部電極端子を形成している。このため、製造される半導体装置においては、第2の半導体チップからの信号は、その基板を通じて、第2の外部電極端子に出力される。かかる構成であれば、図6の半導体装置110とは異なり、第1の基板と第2の基板とを接続する際に、電気的接続を行う必要がない。したがって、導通不良の発生を防止することができる。
本発明によれば、チップサイズの制約から免れるとともに導通不良の発生を防止することのできる半導体装置およびその製造方法が実現される。
以下、図面を参照しつつ、本発明による半導体装置およびその製造方法の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
(第1実施形態)
図1は、本発明による半導体装置の第1実施形態を示す断面図である。半導体装置1は、基板10(第1の基板)、基板20(第2の基板)、半導体チップ30(第1の半導体チップ)、半導体チップ40(第2の半導体チップ)、BGAボール50(第1の外部電極端子)、およびBGAボール60(第2の外部電極端子)を備えている。この半導体装置1は、積層型MCPである。
基板10上には、半導体チップ30が載置されている。この半導体チップ30は、ワイヤボンディングにより基板10に接続されている。具体的には、半導体チップ30の信号パッド(図示せず)が、ボンディングワイヤ92によって基板10の信号リード(図示せず)に接続されている。
本実施形態において基板10は、半導体チップ30が載置された底部12と、底部12の上方に位置する上部14と、底部12から上部14まで延びる側部16とを含んで構成されている。基板10の上部14には、開口部14a(第1の開口部)が設けられている。また、底部12には、開口部12a(第2の開口部)が設けられている。この開口部12aは、半導体チップ30または上部14の何れも設けられていない領域に形成されている。
基板20上には、半導体チップ40が載置されている。この半導体チップ40は、ワイヤボンディングにより基板10に接続されている。具体的には、半導体チップ40の信号パッド(図示せず)が、ボンディングワイヤ94によって基板10の信号リードに接続されている。また、基板20は、当該基板20上に載置された半導体チップ40が上記開口部14aに入り込むように、基板10の上部14に接続されている。これにより、半導体チップ40は、半導体チップ30と対向して配置されている。また、半導体チップ30と半導体チップ40とは、互いに離間している。本実施形態において半導体チップ40は、半導体チップ30よりも大きなチップ面積を有している。なお、基板20は、半導体チップ40で発生した熱を放散するための放熱板(ヒートスプレッダ)としても機能する。また、基板10と基板20との間の間隙には、樹脂96が封入されている。
基板10には、BGAボール50が接続されている。このBGAボール50は、半導体チップ30の内部配線(図示せず)と電気的に接続されている。また、基板10には、BGAボール60も接続されている。このBGAボール60は、半導体チップ40の内部配線(図示せず)と電気的に接続されている。BGAボール50およびBGAボール60は、基板10の底部12に接続されている。これにより、これらのBGAボール50およびBGAボール60は、略同一の平面上に配置されている。なお、BGAボール50およびBGAボール60は、例えば半田バンプである。
図2は、半導体装置1を下側(BGAボール50,60が設けられた側)から見たときの平面図である。同図のI−I線に沿った断面を示したものが図1である。図2からわかるように、基板10の底部12の中央部に、複数のBGAボール50が配列されている。BGAボール50の周囲に、上記開口部12aが設けられている。本実施形態においては、基板10の4辺の各々に1つずつの開口部12aが設けられている。また、これらのBGAボール50および開口部12aを包囲するように、底部12の縁部に複数のBGAボール60が配列されている。
本発明による半導体装置の製造方法の第1実施形態として、半導体装置1の製造方法の一例を説明する。概括すると、この製造方法は、下記工程(a)〜(h)を含むものである。
(a)基板10および基板20を準備する工程
(b)基板10上に半導体チップ30を載置する工程
(c)ワイヤボンディングにより基板10に半導体チップ30を接続する工程
(d)基板20上に半導体チップ40を載置する工程
(e)ワイヤボンディングにより基板10に半導体チップ40を接続する工程
(f)半導体チップ30の内部配線と電気的に接続されるように、基板10に接続されたBGAボール50を形成する工程
(g)半導体チップ40の内部配線と電気的に接続されるように、基板10に接続されたBGAボール60を形成する工程
(h)半導体チップ30および半導体チップ40が互いに対向するように、半導体チップ30が載置された基板10と半導体チップ40が載置された基板20とを接続する工程
ただし、工程(f)および(g)については、工程(a)においてBGAボール50およびBGAボール60が予め形成された基板10を準備してもよい。
より詳細に説明すると、まず、BGAボール50およびBGAボール60が予め形成された基板10と、基板20とを準備する。次に、半導体チップ30を基板10上にマウントした後、半導体チップ30の信号パッドを、基板10の底部12上に露出している信号リードにボンディングする。この信号リードは基板10の下部のBGAボール50に繋がっている。また、半導体チップ40を基板20上にマウントする。
続いて、半導体チップ30の表面と半導体チップ40の表面とを対向させるようにして、両基板10,20を貼り合わせる。このとき、半導体チップ40が開口部14aに入り込むようにして、基板20を基板10の上部14に接続する。その後、開口部12aを通じて、半導体チップ40の信号パッドを、基板10の上部14上に露出している信号リードにボンディングする。この信号リードは、基板10の下部のBGAボール60に繋がっている。次に、この開口部12aから樹脂を流し込み封入を行う。以上により、半導体装置1が得られる。
本実施形態の効果を説明する。本実施形態においては、半導体チップ30と半導体チップ40とが対向して配置される。これにより、面積が比較的小さい半導体チップ30と面積が比較的大きい半導体チップ40とが直接に接しておらず、互いに実質的に独立した構成が得られる。したがって、図5の半導体装置100とは異なり、半導体チップ30と半導体チップ40との相対的なチップサイズが制約を受けることがない。
さらに、半導体チップ40がワイヤボンディングにより接続された基板10に対して、BGAボール60が設けられている。このため、半導体チップ40からの信号は、その基板10を通じて、BGAボール60に出力される。かかる構成であれば、図6の半導体装置110とは異なり、基板10と基板20とを接続する際に、電気的接続を行う必要がない。したがって、導通不良の発生を防止することができる。よって、チップサイズの制約から免れるとともに導通不良の発生を防止することのできる半導体装置1およびその製造方法が実現されている。
さらに、複数のチップ(基板10,20)を三次元的に積層しているため、それらのチップの総実装面積を小さく抑えることができる。本実施形態においては基板10の底部12に開口部12aが設けられているため、基板10に搭載される半導体チップ30のサイズに上限がある(半導体チップ40に比べてある程度は小さい必要がある)。しかし、半導体チップ30は、小さい分にはどんなに小さくても構わないし、縦横のバランスについても制約がない。これらは、基板10および基板20を、三次元的に、しかもそれらの表面を対向させるようにして、実装しているためである。
また、BGAボール50およびBGAボール60が略同一の平面上に配置されている。これにより、他の基板(例えばプリント基板)への実装が容易な半導体装置1が得られる。
基板10は、底部12、上部14および側部16によって構成されている。また、上部14に設けられた開口部14aに半導体チップ40が入り込むようにして、基板20が基板10の上部14に接続されている。これにより、半導体チップ30と半導体チップ40とが対向して配置された構成を容易に実現することができる。
基板10の底部12に開口部12aが設けられている。これにより、基板10と基板20とを接続した後であっても、半導体チップ40のワイヤボンディングを容易に行うことができる。実際、本実施形態においては、上述のとおり、基板10と基板20とを接続する工程よりも後に、開口部12aを通じて、ワイヤボンディングにより基板10に半導体チップ40を接続している。
(第2実施形態)
図3は、本発明による半導体装置の第2実施形態を示す断面図である。半導体装置2は、基板10、基板20、半導体チップ30、半導体チップ40、BGAボール50、およびBGAボール60を備えている。この半導体装置2も、積層型MCPである。
基板10上には、半導体チップ30が載置されている。この半導体チップ30は、ワイヤボンディングにより基板10に接続されている。具体的には、半導体チップ30の信号パッドが、ボンディングワイヤ92によって基板10の信号リードに接続されている。
基板20上には、半導体チップ40が載置されている。この半導体チップ40は、ワイヤボンディングにより基板20に接続されている。具体的には、半導体チップ40の信号パッドが、ボンディングワイヤ94によって基板20の信号リードに接続されている。
本実施形態において基板20は、半導体チップ40が載置された底部22と、基板10を包囲するとともに底部22から基板10側に延びる側部24とを含んで構成されている。側部24には段差24aが設けられている。この段差24aによって、基板10と基板20とが互いに係止されている。これにより、半導体チップ40は、半導体チップ30と対向して配置されている。また、半導体チップ30と半導体チップ40とは、互いに離間している。基板10と基板20との間の間隙には、樹脂96が封入されている。
基板10には、BGAボール50が接続されている。このBGAボール50は、半導体チップ30の内部配線と電気的に接続されている。一方、基板20の側部24には、BGAボール60が接続されている。このBGAボール60は、半導体チップ40の内部配線と電気的に接続されている。基板10におけるBGAボール50が設けられた面と、基板20におけるBGAボール60が設けられた面とは、略同一の平面上にある。これにより、BGAボール50およびBGAボール60も、略同一の平面上に配置されている。
図4は、半導体装置2を下側(BGAボール50,60が設けられた側)から見たときの平面図である。同図のIII−III線に沿った断面を示したものが図3である。図4からわかるように、基板10の中央部に、複数のBGAボール50が配列されている。また、BGAボール50を包囲するように、基板20の側部24に複数のBGAボール60が配列されている。
本発明による半導体装置の製造方法の第2実施形態として、半導体装置2の製造方法の一例を説明する。概括すると、この製造方法は、上記工程(a)〜(h)を含むものである。ただし、上記工程(e)においては、ワイヤボンディングにより基板20に半導体チップ40を接続する。また、上記工程(g)においては、半導体チップ40の内部配線と電気的に接続されるように、基板20に接続されたBGAボール60を形成する。
より詳細に説明すると、まず、BGAボール50が予め形成された基板10と、BGAボール60が予め形成された基板20とを準備する。次に、半導体チップ30を基板10上にマウントした後、半導体チップ30の信号パッドを、基板10上に露出している信号リードにボンディングする。この信号リードは基板10の下部のBGAボール50に繋がっている。また、半導体チップ40を基板20上にマウントした後、半導体チップ40の信号パッドを、基板20の側部24上に露出している信号リードにボンディングする。この信号リードは、基板20の下部のBGAボール60に繋がっている。
次に、半導体チップ40が載置された基板20の上部から樹脂を流し込む。その後、基板20の4辺に形成した段差24aに引っ掛けるようにして、半導体チップ30が載置された基板10を乗せる。その状態で、基板10と基板20とを貼り合わせる。すなわち、基板10および基板20が段差24aによって互いに係止されるように、基板10と基板20とを接続する。以上により、半導体チップ30と半導体チップ40が対向して配置された半導体装置2が得られる。
本実施形態の効果を説明する。本実施形態においても、半導体チップ30と半導体チップ40とが対向して配置される。したがって、半導体チップ30と半導体チップ40との相対的なチップサイズが制約を受けることがない。さらに、半導体チップ40がワイヤボンディングにより接続された基板20に対して、BGAボール60が設けられている。このため、半導体チップ40からの信号は、その基板20を通じて、BGAボール60に出力される。かかる構成であれば、基板10と基板20とを接続する際に、電気的接続を行う必要がない。したがって、導通不良の発生を防止することができる。よって、チップサイズの制約から免れるとともに導通不良の発生を防止することのできる半導体装置2およびその製造方法が実現されている。
基板20は、底部22および側部24によって構成されている。また、基板20の側部24にBGAボール60が接続されている。これにより、半導体チップ30と半導体チップ40とが対向して配置された構成を容易に実現することができる。
基板20の側部24に段差24aが設けられており、その段差24aによって基板10と基板20とが互いに係止されている。これにより、基板10および基板20の相対的な位置合わせを容易に行うことができる。
本発明による半導体装置およびその製造方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。
本発明による半導体装置の第1実施形態を示す断面図である。 図1の半導体装置を示す平面図である。 本発明による半導体装置の第2実施形態を示す断面図である。 図3の半導体装置を示す平面図である。 従来の半導体装置を示す断面図である。 特許文献2に記載された半導体装置を示す断面図である。
符号の説明
1 半導体装置
2 半導体装置
10 基板
12 底部
12a 開口部
14 上部
14a 開口部
16 側部
20 基板
22 底部
24 側部
24a 段差
30 半導体チップ
40 半導体チップ
50 BGAボール
60 BGAボール
92 ボンディングワイヤ
94 ボンディングワイヤ
96 樹脂

Claims (12)

  1. 第1および第2の基板と、
    前記第1の基板上に載置され、ワイヤボンディングにより前記第1の基板に接続された第1の半導体チップと、
    前記第1の半導体チップと対向するように前記第2の基板上に載置され、ワイヤボンディングにより前記第1または第2の基板に接続された第2の半導体チップと、
    前記第1の基板に接続され、前記第1の半導体チップの内部配線と電気的に接続された第1の外部電極端子と、
    前記第1または第2の基板のうちワイヤボンディングにより前記第2の半導体チップが接続された方の基板に接続され、前記第2の半導体チップの内部配線と電気的に接続された第2の外部電極端子と、
    を備えることを特徴とする半導体装置。
  2. 請求項1に記載の半導体装置において、
    前記第1および第2の外部電極端子は、略同一の平面上に配置されている半導体装置。
  3. 請求項1または2に記載の半導体装置において、
    前記第1の基板は、前記第1の半導体チップが載置された底部と、前記底部の上方に位置する上部と、前記底部から前記上部まで延びる側部とを含んで構成されており、
    前記第1の基板の前記上部には、第1の開口部が設けられており、
    前記第2の基板は、当該第2の基板上に載置された前記第2の半導体チップが前記第1の開口部に入り込むように、前記第1の基板の前記上部に接続されており、
    前記第2の半導体チップは、ワイヤボンディングにより前記第1の基板に接続されており、
    前記第1および第2の外部電極端子は、前記第1の基板の前記底部に接続されている半導体装置。
  4. 請求項3に記載の半導体装置において、
    前記第1の基板の前記底部における前記第1の半導体チップまたは前記側部の何れも設けられていない領域に、第2の開口部が設けられている半導体装置。
  5. 請求項1または2に記載の半導体装置において、
    前記第2の基板は、前記第2の半導体チップが載置された底部と、前記第1の基板を包囲するとともに前記底部から前記第1の基板側に延びる側部とを含んで構成されており、
    前記第2の半導体チップは、ワイヤボンディングにより前記第2の基板に接続されており、
    前記第2の外部電極端子は、前記第2の基板の前記側部に接続されている半導体装置。
  6. 請求項5に記載の半導体装置において、
    前記第2の基板の前記側部には段差が設けられており、
    前記第1および第2の基板は、前記段差によって互いに係止されている半導体装置。
  7. 第1および第2の基板を準備する工程と、
    前記第1の基板上に第1の半導体チップを載置する工程と、
    ワイヤボンディングにより前記第1の基板に前記第1の半導体チップを接続する工程と、
    前記第2の基板上に第2の半導体チップを載置する工程と、
    ワイヤボンディングにより前記第1または第2の基板に前記第2の半導体チップを接続する工程と、
    前記第1の半導体チップの内部配線と電気的に接続されるように、前記第1の基板に接続された第1の外部電極端子を形成する工程と、
    前記第2の半導体チップの内部配線と電気的に接続されるように、前記第1または第2の基板のうちワイヤボンディングにより前記第2の半導体チップが接続される方の基板に接続された第2の外部電極端子を形成する工程と、
    前記第1および第2の半導体チップが互いに対向するように、当該第1の半導体チップが載置された前記第1の基板と当該第2の半導体チップが載置された前記第2の基板とを接続する工程と、
    を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  8. 請求項7に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記第1の基板を準備する工程においては、前記第1の半導体チップが載置される底部と、前記底部の上方に位置するとともに第1の開口部が設けられた上部と、前記底部から前記上部まで延びる側部とを含んで構成された基板を前記第1の基板として準備し、
    前記第1の基板と前記第2の基板とを接続する工程においては、前記第2の基板上に載置された前記第2の半導体チップが前記第1の開口部に入り込むように、前記第2の基板を前記第1の基板の前記上部に接続し、
    前記第2の半導体チップを接続する工程においては、ワイヤボンディングにより前記第1の基板に前記第2の半導体チップを接続し、
    前記第1および第2の外部電極端子を形成する工程においては、前記第1の基板の前記底部に接続された前記第1および第2の外部電極端子を形成する、半導体装置の製造方法。
  9. 請求項8に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記第1の基板を準備する工程においては、前記第1の基板の前記底部における前記第1の半導体チップまたは前記側部の何れも設けられない領域に第2の開口部が設けられた基板を前記第1の基板として準備する、半導体装置の製造方法。
  10. 請求項9に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記第2の半導体チップを接続する工程においては、前記第1の基板と前記第2の基板とを接続する工程よりも後に、前記第2の開口部を通じて、ワイヤボンディングにより前記第1の基板に前記第2の半導体チップを接続する、半導体装置の製造方法。
  11. 請求項7に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記第2の基板を準備する工程においては、前記第2の半導体チップが載置される底部と、前記底部から延びる側部とを含んで構成された基板を前記第2の基板として準備し、
    前記第2の半導体チップを接続する工程においては、ワイヤボンディングにより前記第2の基板に前記第2の半導体チップを接続し、
    前記第2の外部電極端子を形成する工程においては、前記第2の基板の前記側部に接続された前記第2の外部電極端子を形成し、
    前記第1の基板と前記第2の基板とを接続する工程においては、前記第2の基板の前記側部によって前記第1の基板が包囲されるように、前記第1の基板と前記第2の基板とを接続する、半導体装置の製造方法。
  12. 請求項11に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記第2の基板を準備する工程においては、前記側部に段差が設けられた基板を前記第2の基板として準備し、
    前記第1の基板と前記第2の基板とを接続する工程においては、前記第1および第2の基板が前記段差によって互いに係止されるように、前記第1の基板と前記第2の基板とを接続する、半導体装置の製造方法。
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