JP2008010550A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体装置を積み重ねて搭載する際に、専用の半導体装置以外に既存の半導体装置を適宜選択して組み合わせて搭載することができる半導体装置を提供する。
【解決手段】複数個の半導体装置１１、１２を積み重ねて実装基板に実装する半導体装置において、前記半導体装置１１、１２が、インターポーザー基板３０の一方の面と他方の面に各々搭載され、前記インターポーザー基板３０と、前記半導体素子が１１、１２搭載されたインターポーザー基板３０を支持する実装用の共通基板４０とが電気的に接続されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は半導体装置に関し、より詳細には、半導体装置を積み重ねて搭載する形式の半導体装置に関する。

半導体装置を基板に実装する方法として、図７（ａ）に示すような平置き式、図７（ｂ）に示すようなPOP(Package on Package)形式、図７（ｃ）に示すようなPIP(Package in Package)形式がある。
図７（ａ）に示す平置き式は、実装基板１０の基板面に半導体装置２０、２１をたいらに並べて置く方式である。図７（ｂ）に示すPOP形式は、半導体装置２２、２３を積み重ねて実装する方式であり、１段目の半導体装置２２の基板２２ａに２段目の半導体装置２３を搭載し、１段目の半導体装置２２を介して２段目の半導体装置２３を実装基板１０に実装する。半導体装置を積み重ねて搭載するため、１段目の樹脂封止部は２段目の樹脂封止部よりも小さく形成される。

図７（ｃ）に示すPIP形式も半導体装置２４、２５を積み重ねて搭載する形式のもので、２段目の半導体装置２５が１段目の半導体装置２４よりも小型に形成され、半導体装置２４、２５を共通の基板２６にワイヤボンディングして電気的に接続している。２段目の半導体装置２５は共通の基板２６に直接ワイヤボンディングする方法と、いったん１段目の半導体装置２４の基板２４ａにワイヤボンディングして接続する方法がある。
特表２００５−５３９４０３号公報

図７（ｂ）、（ｃ）に示す半導体装置を積み重ねて搭載する方法は、図７（ａ）に示す平置き方式では実装面積が大きくなり、製品の小型化が阻害されることから採用されている。半導体装置は半導体素子を含めて薄型化が進んでいるから、半導体装置を積み重ねた場合でも全高はさほど高くならず、製品の小型化に有効に利用できる。
しかしながら、半導体装置を積み重ねて搭載する場合には、積み重ねて使用する半導体装置の組み合わせに合わせて専用の半導体装置を設計する必要がある。すなわち、下段の半導体装置では、これに搭載する半導体装置のバンプ位置やワイヤボンディング用のボンディングパッドを形成しておく必要がある。したがって、従来の積み重ね方式による半導体装置では、組合わせる半導体装置をあらかじめ決めて設計される。

したがって、このような積み重ねて搭載する半導体装置の場合は、たまたまバンプ配置やボンディングパッドの配置が共通となっている半導体装置については組み合わせることが可能であるが、一般には、既存の半導体装置を任意に組み合わせて搭載するといったことができない。このため、半導体装置を組み合わせて搭載することが制約されるという問題があった。

また、図７（ｃ）に示すPIP型の半導体装置の場合は、上段の半導体装置の基板にテスト用のパッドを設けなければならなかったり、上段の半導体装置と基板２６とをワイヤボンディングする際に、ワイヤ長が長くなって組み立てが難しく、上段と下段の半導体装置を接続するためにワイヤ接続が複雑になるといった問題があった。

本発明はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、半導体装置を積み重ねて搭載する際に、積み重ねて用いるように設計された専用の半導体装置でなくても組み合わせて搭載することができ、既存の半導体装置を適宜組み合わせて搭載することができる半導体装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は次の構成を備える。
すなわち、複数個の半導体装置を積み重ねて実装基板に実装する半導体装置において、前記半導体装置が、インターポーザー基板の一方の面と他方の面に各々搭載され、前記インターポーザー基板と、前記半導体素子が搭載されたインターポーザー基板を支持する実装用の共通基板とが電気的に接続されていることを特徴とする。

また、前記共通基板には、インターポーザー基板の両面に半導体装置が搭載された複数組のユニットが積み重ねて搭載されていることにより、より複合化された半導体装置として構成でき、またコンパクトな半導体装置として提供できる。
また、前記インターポーザー基板には、半導体装置に加えて回路部品が搭載されていることにより、さらに種々の機能を備えた半導体装置として提供できる。

また、前記インターポーザー基板は、基板の前記一方の面に搭載される半導体装置の接続端子に位置合わせして接続パッドが形成されるとともに、前記基板の他方の面に搭載される半導体装置の接続端子に位置合わせして接続パッドが形成され、前記基板の片面に前記共通基板と電気的に接続するパッド部が形成されていることにより、基板の両面に確実に半導体装置を搭載し、共通基板とインターポーザー基板との電気的接続をとることができる。
また、前記インターポーザー基板の片面にボンディングパッドが形成され、前記共通基板に設けられたボンディングパッドと前記インターポーザー用基板に設けられた前記ボンディングパッドとがワイヤボンディングによって接続されていることにより、インターポーザー基板と共通基板とが容易に電気的に接続される。
また、前記共通基板の、前記半導体素子が搭載された片面が樹脂封止されていることにより、前記半導体装置が内蔵された、実装が容易な単一の半導体装置製品として提供される。

本発明に係る半導体装置によれば、インターポーザー基板に半導体装置を搭載し、インターポーザー基板と共通基板とが電気的に接続された構成とすることによって、積み重ねようとして専用に半導体装置を形成する必要がなく、既存の半導体装置であっても任意に選択して組合わせて搭載することが可能になる。これによって半導体装置を組み合わせることができる範囲が広がり、種々用途の半導体装置製品を容易に提供することが可能になる。

以下、本発明の好適な実施の形態について添付図面とともに詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明に係る半導体装置の第１の実施の形成の構成を示す断面図である。本実施の形態の半導体装置は、２個の半導体装置１１、１２を積み重ねたものである。本実施形態では、インターポーザー基板３０の一方の面と他方の面にそれぞれ半導体装置１１、１２を搭載し、インターポーザー基板３０と共通基板４０とをワイヤボンディングにより電気的に接続して実装基板１０に実装する構成としたことを特徴とする。

インターポーザー基板３０と共通基板４０とは、インターポーザー基板３０の上面（他方の面）に形成されたボンディングパッドと、共通基板４０の上面（他方の面）に形成されたボンディングパッドとをボンディングワイヤ４２によって接続することによって電気的に接続される。
なお、インターポーザー基板３０と共通基板４０とをワイヤボンディングによらずに、はんだバンプ等の接続端子を用いて接続することも可能である。この場合にはインターポーザー基板３０の一方の面（下面）に共通基板４０との接続用のパッドを形成するのがよい。

共通基板４０の一方の面（下面）には、共通基板４０の他方の面に形成されたボンディングパッドと電気的に接続されたはんだバンプ４６が形成されている。インターポーザー基板３０に搭載された半導体装置１１、１２は共通基板４０およびはんだバンプ４６を介して実装基板１０に実装される。共通基板４０の上面に搭載された半導体装置１１、１２は、ボンディングワイヤ４２とともに樹脂封止される。４４が封止樹脂である。

インターポーザー基板３０には、基板３０ａの一方の面と他方の面に、それぞれ半導体装置１１、１２を搭載するための接続パッドが設けられ、図のように、インターポーザー基板３０を挟んで一方の面と他方の面に半導体装置１１、１２が搭載される。半導体装置１１、１２と基板３０ａとの接続は、接続端子としてのはんだバンプ１３、１４による。半導体装置１１、１２は、樹脂封止型の半導体装置であり、それぞれ基板１１ａ、１２ａに半導体素子が搭載され、樹脂封止されている。なお、基板１１ａ、１２ａに半導体素子をフリップチップ接続しアンダーフィルした状態で搭載することも可能である。

インターポーザー基板３０に半導体装置１１、１２を搭載する場合は、はんだリフローにより、インターポーザー基板３０に片面ずつ半導体装置を接合すればよい。たとえば、インターポーザー基板３０の一方の面に半導体装置１１をはんだリフローにより接合した後、インターポーザー基板３０の他方の面に半導体装置１２をはんだリフローによって接合する。
インターポーザー基板３０の両面に半導体装置１１、１２を接合した後、１段目の半導体装置１１の樹脂封止部を接着剤１５により共通基板４０に接合する。
次いで、インターポーザー基板３０と共通基板４０とをワイヤボンディングし、共通基板４０の半導体装置１１、１２の搭載面を封止樹脂４４によって樹脂封止することにより、図１に示す積み重ね型の半導体装置が得られる。

図２は、インターポーザー基板３０の平面図を示す。インターポーザー基板３０の上面（他方の面）の中央部には２段目の半導体装置１２を搭載する搭載領域Ａが設けられ、基板３０ａの周縁部にワイヤボンディング用のボンディングパッド３２が形成されている。インターポーザー基板３０の下面（一方の面）には1段目の半導体装置１１を搭載する搭載領域が設けられている。また、インターポーザー基板３０の基板面には、半導体装置１１、１２とボンディングパッド３２とを電気的に接続する配線パターンが形成される。

図３は、インターポーザー基板３０の断面構成を拡大して示す。インターポーザー基板３０は樹脂基板等からなる基板３０ａの両面に配線パターンを形成した２層の配線基板として構成されている。すなわち、基板３０ａの一方の面（下面）には半導体装置１１のはんだバンプ１３が接合される接続パッド３４が形成され、基板３０ａの他方の面（上面）には半導体装置１２のはんだバンプ１４が接合される接続パッド３６が形成される。

基板３０ａの片面（本実施形態では上面）にワイヤボンディング用ボンディングパッドをまとめて形成するから、基板３０ａの下面に形成される接続パッド３４は、基板３０ａに設けたスルーホール３８を介して基板３０ａの上面に設けられた配線パターンに電気的に接続される。基板３０ａの下面に設けられる接続パッド３４は、基板３０ａの下面に設けられた配線パターンと、スルーホール３８と、基板３０ａの上面に設けられた配線パターンとを介してボンディングパッド３２に電気的に接続されることになる。基板３０ａの上面に設けられる接続パッド３６は、基板３０ａの上面に形成された配線パターンを介してボンディングパッド３２に接続される。

基板３０ａの両面は、接続パッド３４、３６およびボンディングパッド３２のみを外部に露出させるようにしてソルダーレジスト等の保護膜３９によって被覆される。接続パッド３４、３６およびボンディングパッド３２の表面を金めっき等の保護めっきにより被覆することにより、はんだバンプ１３、１４との接合性、ボンディングワイヤ４２との接合性を良好にすることができる。

このように、インターポーザー基板３０は、２層の配線基板を製造する従来の配線基板の製造方法によって容易に製造することができ、基板３０ａに搭載する半導体装置１１、１２の接続端子（はんだバンプ）の平面配置位置に合わせて、接続パッド３４、３６、ワイヤボンディング用のボンディングパッド３２、配線パターン等の配置を適宜設計して形成することができる。

すなわち、本実施形態の半導体装置によれば、インターポーザー基板３０に半導体装置１１、１２を搭載する構成としたことにより、特定の半導体装置を選択し、積み重ねて搭載することができる。すなわち、任意の半導体装置を選択した場合でも、その半導体装置に固有の接続パッドの配置等についてはインターポーザー基板３０を適宜設計することによって半導体装置を搭載することができる。従来の積み重ね方式による半導体装置では、半導体素子を搭載する基板を設計する際には、当該半導体装置と組み合わせて搭載する半導体装置の接続パッド等の配置を前提として設計しているが、本発明の半導体装置であれば、インターポーザー基板３０を設計するだけで任意に半導体装置を選択して組み合わせることができる。

従来の積み重ね型の半導体装置では、組み合わせて使用できる半導体装置が限られるのに対して、本実施形態の半導体装置の場合は、インターポーザー基板３０を適宜設計することによって任意の組み合わせの半導体装置を使用することができる。したがって、半導体装置の接続パッドの形態に関わらず搭載することができ、半導体装置の基板に他の半導体装置と電気的に接続するボンディングパッド等を形成しておく必要がない。すなわち、既存の任意に選択した半導体装置を組み合わせて搭載することが可能となる。
インターポーザー基板３０は、図３に示すように、２層の配線基板として形成すればよいから、設計および製造はきわめて容易である。

図４は、インターポーザー基板に半導体装置を搭載したユニットを積み重ね方向に２組搭載した例である。すなわち、インターポーザー基板３０に半導体装置１１、１２を搭載したユニットと、他のインターポーザー基板３１に半導体装置１６、１７を搭載したユニットを、接着剤１５により積み重ねて接合し、インターポーザー基板３１とインターポーザー基板３０とをボンディングワイヤ４２により接続し、さらにインターポーザー基板３０を共通基板４０にワイヤボンディング接続して構成したものである。

本実施形態においても、インターポーザー基板３１に半導体装置１６、１７を搭載する構成とすることによって、半導体装置１６、１７を任意の組み合わせで搭載することができる。また、インターポーザー基板３０を設計する際にも、上段に搭載するインターポーザー基板３１とのワイヤボンディングについて考慮する設計とすることによって、適宜半導体装置の組み合わせとして半導体装置を構成することができる。

また、インターポーザー基板３０と共通基板４０、インターポーザー基板３１とインターポーザー基板３０との間をワイヤボンディングして電気的に接続する方法によることから、ボンディングワイヤ４２の長さをさほど長くすることなくボンディングすることができ、多数段に半導体装置を搭載する場合であってもワイヤボンディング操作を複雑にすることなく接続することが可能となる。

（第２の実施の形態）
図５は、本発明に係る半導体装置の第２の実施の形成の構成を示す断面図である。本実施の形態の半導体装置は、インターポーザー基板３３に半導体装置１１、１２に加えてコンデンサあるいは抵抗といった回路部品５０を搭載したことを特徴とする。インターポーザー基板３３の一方の面と他方の面に各々半導体装置１１、１２を搭載することは、上述した実施形態と同様である。コンデンサあるいは抵抗といった回路部品５０もインターポーザー基板３３の両面に搭載することができる。

図６にインターポーザー基板３３に回路部品５０を搭載した状態の平面図を示す。領域Ｂは半導体装置１２を搭載する領域である。基板３３ａの周縁部にワイヤボンディング用のボンディングパッド３２が形成されている。
基板３３ａの外形寸法を回路部品５０が搭載できる大きさに形成することにより、基板３３ａ上に半導体装置１１、１２とともに回路部品５０を搭載することができ、より複雑な回路にも対応することができる。なお、基板３３ａには複数個の回路部品５０を搭載する他、基板３３ａの片面に複数の半導体装置を平置きとし、あるいは積み重ねたユニットを平置きして搭載することもできる。

本実施形態のように半導体装置１１、１２とともに回路部品５０を搭載することができるのはインターポーザー基板３３に半導体装置１１、１２を搭載する形態としたことによるものである。本実施形態の半導体装置によれば、前述したように半導体装置１１、１２を任意に選択して搭載することができるとともに、回路部品５０を搭載可能とすることによって、さらに種々の機能を備えた複合パッケージとして構成することができ、種々の用途に利用できる半導体装置として提供される。

半導体装置の第１の実施の形態の構成を示す断面図である。 インターポーザー基板の平面図である。 インターポーザー基板の構成を示す断面図である。 半導体装置の他の例を示す断面図である。 半導体装置の第２の実施の形態の構成を示す断面図である。 インターポーザー基板の平面図である。 半導体装置の従来の構成を示す断面図である。

符号の説明

１０ 実装基板
１１、１２ 半導体装置
１１ａ、１２ａ 基板
１３、１４ はんだバンプ
１６、１７ 半導体装置
３０、３１、３３ インターポーザー基板
３０ａ、３３ａ 基板
３２ ボンディングパッド
３４、３６ 接続パッド
４０ 共通基板
４４ 封止樹脂
５０ 回路部品

Claims (6)

1. 複数個の半導体装置を積み重ねて実装基板に実装する半導体装置において、
   前記半導体装置が、インターポーザー基板の一方の面と他方の面に各々搭載され、
   前記インターポーザー基板と、前記半導体素子が搭載されたインターポーザー基板を支持する実装用の共通基板とが電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
2. 前記共通基板には、インターポーザー基板の両面に半導体装置が搭載された複数組のユニットが積み重ねて搭載されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
3. 前記インターポーザー基板には、半導体装置に加えて回路部品が搭載されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
4. 前記インターポーザー基板は、
   基板の前記一方の面に搭載される半導体装置の接続端子に位置合わせして接続パッドが形成されるとともに、前記基板の他方の面に搭載される半導体装置の接続端子に位置合わせして接続パッドが形成され、
   前記基板の片面に前記共通基板と電気的に接続するパッド部が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の半導体装置。
5. 前記インターポーザー基板の片面にボンディングパッドが形成され、前記共通基板に設けられたボンディングパッドと前記インターポーザー用基板に設けられた前記ボンディングパッドとがワイヤボンディングによって接続されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の半導体装置。
6. 前記共通基板の、前記半導体素子が搭載された片面が樹脂封止されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の半導体装置。