JP2008211188A - Semiconductor device and portable equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置に関し、特に複数の半導体素子が積層された半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device in which a plurality of semiconductor elements are stacked.
近年、電子機器に使用される半導体装置の小型化・高機能化を実現するパッケージ技術として、複数の半導体素子(たとえば、半導体チップ)を積層により混載する多段スタック構造(マルチチップパッケージ構造)が知られている(特許文献1参照)。 In recent years, a multi-stage stack structure (multi-chip package structure) in which a plurality of semiconductor elements (for example, semiconductor chips) are mixed and stacked is known as a package technology that realizes miniaturization and high functionality of a semiconductor device used in an electronic device. (See Patent Document 1).
図4は特許文献1に記載のスタック構造の半導体装置を示す概略断面図である。この半導体装置では、相対的に面積の大きい第1の半導体チップ1110がダイボンド材1112により、配線基板(インタポーザ)1140上に固定されており、第1の半導体チップ1110の電極パッド1113に干渉しないように、第2の半導体チップ1120がダイボンド材1122により第1の半導体チップ1110上に固定されている。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a stack structure semiconductor device described in Patent Document 1. In FIG. In this semiconductor device, a
第1の半導体チップ1110の上面に形成された電極パッド1113は、金線などからなるボンディングワイヤ1114により配線基板1140に形成されたパッド電極1143と電気的に接続されている。そして、第2の半導体チップ1120の上面のパッド電極1123は、ボンディングワイヤ1124によりパッド電極1143と電気的に接続されている。
The
配線基板1140上に積層された第1の半導体チップ1110と第2の半導体チップ1120は封止樹脂層1150により封止されている。そして、配線基板1140の半導体チップ搭載面の裏面(下面)にはパッド電極1143と電気的に接続された外部接続端子1145が形成されている。
The
上記スタック構造の半導体装置は、プリント配線基板などに実装されて使用される際に、複数の半導体素子(半導体チップ)が平面配置される場合に比べて、平面方向の実装面積を縮小できることから、電子機器の小型化・高集積化の要求に応えることができる。
しかしながら、このような小型化・高集積化を図るためにスタック構造を採用した半導体装置では、特に消費電力が多い回路領域(発熱する回路領域)を有する半導体素子が組み込まれている場合は、その回路領域の温度が急激に上昇した際に外部への熱放散が十分になされないと、誤動作の原因となったり、破壊されてしまうということが懸念される。 However, in such a semiconductor device adopting a stack structure for miniaturization and high integration, particularly when a semiconductor element having a circuit region (heat generating circuit region) with high power consumption is incorporated, If the heat dissipation to the outside is not sufficiently performed when the temperature of the circuit region rises rapidly, there is a concern that it may cause a malfunction or be destroyed.
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、積層した半導体素子を有する半導体装置の放熱性を高め、その信頼性を向上させることを可能にする技術を提供することにある。 The present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is to provide a technique capable of improving the heat dissipation and improving the reliability of a semiconductor device having stacked semiconductor elements. .
上記課題を解決するために、本発明に係る半導体装置は、第1の半導体素子と、第1の半導体素子上に積層され、第1の半導体素子の外縁から突出している突出部を有する第2の半導体素子と、を備え、第2の半導体素子はその上面に第1の回路領域とこの第1の回路領域よりも高い温度に発熱しやすい第2の回路領域とを有し、この第2の回路領域が突出部を含むように配置されていることを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, a semiconductor device according to the present invention includes a first semiconductor element, and a second layer that is stacked on the first semiconductor element and has a protruding portion that protrudes from the outer edge of the first semiconductor element. The second semiconductor element has a first circuit region on its upper surface and a second circuit region that easily generates heat at a temperature higher than that of the first circuit region. The circuit region is arranged so as to include a protruding portion.
上記構成において、第1の半導体素子および第2の半導体素子は、基板上に配置されるとともに、この基板上に形成された樹脂層により封止され、樹脂層は、第2の半導体素子の第2の回路領域を含む端部とこれに対応する樹脂層の側壁面との間隔がそれ以外の端部における間隔よりも短くなるように形成されていることが好ましい。 In the above structure, the first semiconductor element and the second semiconductor element are disposed on the substrate and are sealed by a resin layer formed on the substrate, and the resin layer is the second semiconductor element of the second semiconductor element. It is preferable that the distance between the end including the second circuit region and the corresponding side wall of the resin layer is shorter than the distance at the other end.
上記構成において、第1の回路領域に含まれる電極部と基板に設けられている端子とを接続する第1の配線を流れる電流量は、第2の回路領域に含まれる電極部と基板に設けられている端子とを接続する第2の配線を流れる電流量よりも小さいことが好ましい。 In the above configuration, the amount of current flowing through the first wiring connecting the electrode part included in the first circuit region and the terminal provided in the substrate is provided in the electrode part and substrate included in the second circuit region. It is preferable that the amount of current is smaller than the amount of current flowing through the second wiring connecting the connected terminals.
上記構成において、第2の配線が接続される基板の端子は、第2の回路領域を含む端部とこれに対応する樹脂層の側壁面との間の領域とは異なる領域に設けられていることが好ましい。 In the above configuration, the terminal of the substrate to which the second wiring is connected is provided in a region different from the region between the end including the second circuit region and the side wall surface of the resin layer corresponding thereto. It is preferable.
上記構成において、樹脂層は、端部とこれに対応する樹脂層の側壁面との間隔が、第2の半導体素子の上面と樹脂層の上面との間隔よりも短くなるように形成されていることが好ましい。 In the above configuration, the resin layer is formed such that the interval between the end portion and the side wall surface of the resin layer corresponding thereto is shorter than the interval between the upper surface of the second semiconductor element and the upper surface of the resin layer. It is preferable.
上記構成において、第2の半導体素子は、第2の半導体素子の複数の辺が第1の半導体素子の外縁から突出するように第1の半導体素子に積層されていることが好ましい。より好ましくは、第2の半導体素子は、第2の半導体素子の4辺が第1の半導体素子の外縁から突出するように第1の半導体素子に積層されているとよい。 In the above structure, the second semiconductor element is preferably stacked on the first semiconductor element such that a plurality of sides of the second semiconductor element protrude from the outer edge of the first semiconductor element. More preferably, the second semiconductor element is stacked on the first semiconductor element such that the four sides of the second semiconductor element protrude from the outer edge of the first semiconductor element.
上記構成において、第1の半導体素子は、第2の半導体素子が積層されている側とは反対側の面に、基板と接続される複数の突起電極端子が形成されていることが好ましい。 In the above structure, the first semiconductor element preferably has a plurality of protruding electrode terminals connected to the substrate on a surface opposite to the side where the second semiconductor element is stacked.
上記構成において、第2の回路領域は電極部を含み、電極部は第1の半導体素子と第2の半導体素子とが重畳する領域に配置されていることが好ましい。 In the above structure, the second circuit region preferably includes an electrode portion, and the electrode portion is preferably disposed in a region where the first semiconductor element and the second semiconductor element overlap.
上記構成において、第2の回路領域は電極部を含み、電極部は突出部に配置されていることが好ましい。 In the above configuration, it is preferable that the second circuit region includes an electrode portion, and the electrode portion is disposed on the protruding portion.
本発明の別の態様は、携帯機器である。この携帯機器は、上述のいずれかの半導体装置を搭載しているとよい。 Another embodiment of the present invention is a portable device. This portable device may be mounted with any of the semiconductor devices described above.
本発明によれば、積層した半導体素子を有する半導体装置の放熱性を高め、その信頼性を向上させることを可能にする技術が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the technique which makes it possible to improve the heat dissipation of the semiconductor device which has the laminated semiconductor element and to improve the reliability is provided.
以下、本発明を具現化した実施形態について図面に基づいて説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the invention will be described with reference to the drawings. In all the drawings, the same reference numerals are given to the same components, and the description will be omitted as appropriate.
(第1の実施形態)
図1は第1の実施形態に係る積層された半導体素子を有する半導体装置の概略断面図であり、図2は同半導体装置の平面図(上面図)である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device having stacked semiconductor elements according to the first embodiment, and FIG. 2 is a plan view (top view) of the semiconductor device.
本実施形態の半導体装置は、配線基板40と、配線基板40上に実装された第1の半導体素子10と、第1の半導体素子10上に積層され、突出部20bが第1の半導体素子10の外縁から突出している第2の半導体素子20と、各半導体素子を封止する封止樹脂層50と、を備えている。そして、第2の半導体素子20はその上面に第1のアナログセル21aとこの第1のアナログセル21aよりも高い温度で発熱しやすい第2のアナログセル21bとを有し、この第2のアナログセル21bは第2の半導体素子20の突出部20bを含むように配置されている。なお、第1のアナログセル21aと第2のアナログセル21bは、第2の半導体素子20の上面に限らず、下面もしくは周縁端部にあってもよい。
The semiconductor device according to the present embodiment is stacked on the
配線基板40は配線層と絶縁層が交互に複数形成された多層配線構造のベース基板が採用される。配線基板40の上面(半導体素子搭載面)には、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、及び金(Au)からなる複数のパッド電極43が形成され、配線基板40の下面(半導体素子搭載面と反対側の面)には、内部の配線層(図示せず)を介してパッド電極43と電気的に接続された外部接続端子(はんだボール)45が形成されている。
The
第1の半導体素子10は、たとえば、P型シリコン基板などの半導体基板の上面(表面)にデジタル系回路(図示せず)が形成された半導体素子であり、配線基板40上の所定の領域にダイアタッチフィルムなどの接着層12を介して実装されている。ここで、デジタル系回路はデジタル値の信号をデータとして用いる回路の総称であり、デジタル系回路には、たとえば、各種の論理回路によって構成される演算回路、CPU、メモリ、アナログ/デジタルコンバータ(ADC)回路、デジタル/アナログコンバータ(DAC)回路、デジタルフィルタ回路、位相ロックループ(PLL)回路などが含まれる。また、第1の半導体素子10の外縁部(第2の半導体素子20が搭載される辺を除いた外縁部)には、デジタル系回路と電気的に接続され、半導体素子外部との信号授受を行うための複数のパッド電極13が配置されている。このパッド電極13は金などのボンディングワイヤ14によって配線基板40の上面のパッド電極43と電気的に接続されている。
The
第2の半導体素子20は、たとえば、P型シリコン基板などの半導体基板の上面(表面)に第1のアナログセル21aおよび第2のアナログセル21bを含むアナログ系回路が形成された半導体素子であり、その一部が第1の半導体素子10の外縁から突出した状態で、第1の半導体素子10上にダイアタッチフィルムなどの接着層22を介して実装されている。すなわち、実装後の第2の半導体素子20は第1の半導体素子10と重畳する領域(上面から見て両者が重なる共通領域)20aと第1の半導体素子10の外縁から突出する突出部20bとを有する。また、アナログ系回路の第2のアナログセル21bは、第1のアナログセル21aよりも高い温度で発熱しやすい回路領域であり、回路動作時には第1のアナログセル21aと比べて高温となる領域である。このため、第1のアナログセル21aおよび第2のアナログセル21bは図2に示すように配置され、特に第2のアナログセル21bは第2の半導体素子20の突出部20bを含むように配置されている。
The
各セル内には半導体素子外部との信号授受を行うためのパッド電極23aおよびパッド電極23bがそれぞれ複数配置されている。ここで、パッド電極23aは第2の半導体素子20の外縁部に沿って配置され、パッド電極23bは第1の半導体素子10と第2の半導体素子20とが重畳する領域20a内において第1の半導体素子10の外縁に沿うように配置されている。このようにすることで、第2のアナログセル21bのパッド電極23bにワイヤボンディングする際にボンディングツールによる圧力を第1の半導体素子10が支えるため、突出部20bの外縁に沿ってパッド電極23bを設ける場合に比べて第2のアナログセル21bを含む端部へのダメージを低減することができる。
In each cell, a plurality of
各セル内のパッド電極23aおよびパッド電極23bは、金などのボンディングワイヤ24aおよびボンディングワイヤ24bによって配線基板40の上面のパッド電極43と電気的に接続されている。
The
なお、アナログ系回路はアナログ値の信号をデータとして用いる回路の総称であり、アナログ系回路には、たとえば、ドライバアンプ回路(モータ駆動電流生成出力回路)や送信系高出力増幅回路、出力制御ロジック回路、アナログフィルタ回路、プリドライブ回路(小信号増幅回路)、保護回路などが含まれる。この中ではドライバアンプ回路や送信系高出力増幅回路が第2のアナログセル21bとして挙げられる。
The analog system circuit is a general term for circuits that use analog value signals as data. The analog system circuit includes, for example, a driver amplifier circuit (motor drive current generation output circuit), a transmission system high output amplifier circuit, and an output control logic. A circuit, an analog filter circuit, a pre-drive circuit (small signal amplification circuit), a protection circuit, and the like are included. Among them, a driver amplifier circuit and a transmission system high output amplifier circuit are cited as the
封止樹脂層50は、配線基板40上の全面を覆うように形成され、第1の半導体素子10および第2の半導体素子20を封止している。封止樹脂層50の材料は、たとえば、エポキシ樹脂などの熱硬化性の絶縁性の樹脂である。この封止樹脂層50は各半導体素子を外部環境から保護する機能を有する。ここで、封止樹脂層50は、図2に示すように、第2の半導体素子20の第2のアナログセル21bを含む素子端部とこれに対応する封止樹脂層50の外壁面との間隔L1がそれ以外の素子端部における間隔L2〜L4よりも短く仕上がっている。なお、封止樹脂層50中には熱伝導性を高めるためのフィラーが添加されていてもよい。
The sealing
なお、第1の半導体素子10は本発明の「第1の半導体素子」、第1のアナログセル21aは本発明の「第1の回路領域」、第2のアナログセル21bは本発明の「第2の回路領域」、第2の半導体素子20は本発明の「第2の半導体素子」、突出部20bは本発明の「突出部」、封止樹脂層50は本発明の「樹脂層」、及びパッド電極23bは本発明の「電極部」の一例である。
The
以下に、第1の半導体素子10の外縁から突出して積層した第2の半導体素子20における突出部20bの放熱効果について説明する。
Hereinafter, the heat radiation effect of the protruding
図4に示した従来のスタック構造の半導体装置では、動作時に第2の半導体素子(第2の半導体チップ1120)から発生する熱は、下層側に位置する第1の半導体素子(第1の半導体チップ1110)において発生する熱の影響により両者の温度差が小さくなって下層側に放散されにくいため、第2の半導体素子の上面側と側面に設けられた封止樹脂層(封止樹脂層1150)への熱伝導によって放散されるのが支配的となる。また、第1の半導体素子の発熱量によってはその熱により直上の第2の半導体素子が加熱されてしまい、第2の半導体素子からの熱放散が十分なされなくなる。 In the semiconductor device having the conventional stack structure shown in FIG. 4, the heat generated from the second semiconductor element (second semiconductor chip 1120) during operation is generated by the first semiconductor element (first semiconductor) located on the lower layer side. Since the temperature difference between the two becomes small due to the influence of heat generated in the chip 1110) and it is difficult to dissipate to the lower layer side, a sealing resin layer (sealing resin layer 1150) provided on the upper surface side and the side surface of the second semiconductor element. It is dominant to be dissipated by heat conduction to). Further, depending on the amount of heat generated by the first semiconductor element, the second semiconductor element immediately above is heated by the heat, and heat dissipation from the second semiconductor element is not sufficient.
一方、本実施形態の半導体装置では、第2の半導体素子20の突出部20bにおいてその下面側に第1の半導体素子10が存在しないため、動作時に第2の半導体素子20から発生する熱は、上面側、側面、及び下面側に設けられた封止樹脂層50への熱伝導によって放散される。さらに、突出部20bは他の重畳する領域20aに比べて第1の半導体素子10から距離が離れているため、動作時に第1の半導体素子10において発生する熱の影響も相対的に小さくなる。このため、突出部20bでは第2の半導体素子20から発生する熱をより効率的に熱放散させることができる。
On the other hand, in the semiconductor device of this embodiment, since the
(製造方法)
図3は第1の実施形態に係る積層された半導体素子を有する半導体装置の製造プロセスを説明するための概略断面図である。
(Production method)
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view for explaining a manufacturing process of a semiconductor device having stacked semiconductor elements according to the first embodiment.
まず、図3(A)に示すように、周知の技術により配線層と絶縁層が交互に複数形成された多層配線構造(図示せず)を有し、その上面(半導体素子搭載面)に銅、ニッケル、及び金からなる複数のパッド電極43が形成された配線基板40を用意する。そして、同じく周知の技術によりP型シリコン基板などの半導体基板の上面にデジタル系回路(図示せず)及びその外周部に配置されたパッド電極13が形成された第1の半導体素子10を用意し、この第1の半導体素子10を配線基板40上の所定の領域にダイアタッチフィルムなどの接着層12を介して実装する。
First, as shown in FIG. 3A, it has a multilayer wiring structure (not shown) in which a plurality of wiring layers and insulating layers are alternately formed by a well-known technique, and the upper surface (semiconductor element mounting surface) is made of copper. A
図3(B)に示すように、周知の技術によりP型シリコン基板などの半導体基板の上面に、第1のアナログセル21aと第2のアナログセル(第1のアナログセル21aよりも高い温度に発熱しやすい回路領域)21bを含むアナログ系回路、及び各セル内の所定の位置に配置されたパッド電極23aおよびパッド電極23bが形成された第2の半導体素子20を用意し、この第2の半導体素子20を第1の半導体素子10上にダイアタッチフィルムなどの接着層22を介して実装する。この際、第2の半導体素子20の一部(第2のアナログセル21bの全体もしくは一部)が第1の半導体素子10の外縁から突出するように積層する。これにより、第2の半導体素子20は第1の半導体素子10と重畳する領域20aと第1の半導体素子10の外縁から突出する突出部20bとに分けられ、この突出部20bを含むように第2のアナログセル21bが配置される。また、第2のアナログセル21bのパッド電極23bは、両者が重畳する領域20a内の所定の位置(第1の半導体素子10の外縁部に沿った位置)に形成される。
As shown in FIG. 3B, the
図3(C)に示すように、第1の半導体素子10のパッド電極13とこれに対応して配線基板40の上面に設けられたパッド電極43との間を金などのボンディングワイヤ14により電気的に接続する。そして、第2の半導体素子20における第1のアナログセル21aのパッド電極23aおよびと第2のアナログセル21bのパッド電極23bこれらに対応して配線基板40の上面に設けられたパッド電極43との間を金などのボンディングワイヤ24aおよびボンディングワイヤ24bにより電気的にそれぞれ接続する。ここで、第2のアナログセル21bのパッド電極23bの下層に第1の半導体素子10が存在するため、第2のアナログセル21bのパッド電極23bにワイヤボンディングする際にボンディングツールによる圧下力を第1の半導体素子10が支え、下層に第1の半導体素子10が存在しない場合(突出部20bの外縁に沿ってパッド電極23bを設ける場合)に比べて第2のアナログセル21bを含む端部へのダメージを低減することができる。
As shown in FIG. 3C, an electrical connection is made between the
そして、配線基板40上に設けられた第1の半導体素子10および第2の半導体素子20を保護するために、封止樹脂層50を配線基板40上の全面を覆うように形成する。封止樹脂層50には、たとえば、エポキシ樹脂などの熱硬化性の絶縁性の樹脂が採用され、封止樹脂層50中に熱伝導性を高めるためのフィラーが添加されていてもよい。この際、第2の半導体素子20の第2のアナログセル21bを含む素子端部とこれに対応する封止樹脂層50の外壁面との間隔L1がそれ以外の3辺の素子端部における間隔L2〜L4よりも短く仕上がるように、配線基板40と第2の半導体素子20との位置関係を制御しておく。
Then, in order to protect the
最後に、図1に示したように、はんだ印刷法を用いて配線基板40の下面(半導体素子搭載面と反対側の面)に、内部の配線層(図示せず)を介してパッド電極43と電気的に接続された外部接続端子(はんだボール)45を形成する。
Finally, as shown in FIG. 1, the
これらの工程により、先の図1に示した本実施形態の半導体装置が製造される。 Through these steps, the semiconductor device of this embodiment shown in FIG. 1 is manufactured.
本実施形態の半導体装置によれば、以下のような効果を得ることができるようになる。 According to the semiconductor device of this embodiment, the following effects can be obtained.
(1)第2の半導体素子20内においてより高い温度で発熱しやすい第2のアナログセル21bを、第1の半導体素子10の外縁から突出する突出部20bを含む領域に配置したことで、第2のアナログセル21bから発生する熱は、突出部20bの上面側と側面からの放散に加え、その裏面側からも放散されるようになる。このため、第1の半導体素子10の外縁から突出していない場合(上面側と側面からの放散)に比べて半導体装置の放熱性が高まり、動作の安定化に寄与することができる。したがって、半導体装置の信頼性を向上させることができる。
(1) The
(2)第2の半導体素子20の第2のアナログセル21bを含む端部とこれに対応する封止樹脂層50の外壁面との間隔L1をそれ以外の3辺の端部における間隔L2〜L4よりも短くしたことで、第2のアナログセル21bを含む端部は、他の端部に比べて外部環境(半導体装置の外部温度)の影響を受けて冷却されやすくなる。このため、こうした端部に含まれる第2のアナログセル21bは効果的に冷却され、半導体装置の動作の安定化に寄与することができる。したがって、半導体装置の信頼性を向上させることができる。
(2) The interval L1 between the end portion of the
(3)第2のアナログセル21bに対応するパッド電極23bを第1の半導体素子10と第2の半導体素子20とが重畳する領域20aに配置したことで、パッド電極23bにワイヤボンディングする際にボンディングツールによる圧力を第1の半導体素子10が支えているため、突出部20bにパッド電極23bを設ける場合に比べて第2のアナログセル21bを含む端部へのダメージが低減されている。このため、第2のアナログセル21bの温度が急激に上昇した際にこのダメージに起因して熱破壊されるのを防止することができる。したがって、半導体装置の信頼性を向上させることができる。
(3) Since the
(第2の実施形態)
図5は第2の実施形態に係る積層された半導体素子を有する半導体装置の概略断面図であり、図6は同半導体装置の平面図(上面図)である。第2の実施形態に係る半導体装置は、第1の実施形態に係る半導体装置において第2の半導体素子の突出部が1辺であるのに対して、第2の半導体素子の突出部が4辺である点が大きく異なる。
(Second Embodiment)
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device having stacked semiconductor elements according to the second embodiment, and FIG. 6 is a plan view (top view) of the semiconductor device. In the semiconductor device according to the second embodiment, the protrusion of the second semiconductor element is one side in the semiconductor device according to the first embodiment, whereas the protrusion of the second semiconductor element is four sides. The point is greatly different.
本実施形態に係る半導体装置は、配線基板140と、配線基板上に実装された第1の半導体素子110と、第1の半導体素子110上に積層され、突出部120bが第1の半導体素子110の4辺の外縁からそれぞれ突出している第2の半導体素子120と、各半導体素子を封止する封止樹脂層150と、を備えている。そして、第2の半導体素子120はその上面に第1のアナログセル121aとこの第1のアナログセル121aよりも高い温度で発熱しやすい第2のアナログセル121bとを有し、この第2のアナログセル121bは第2の半導体素子120の突出部120bを含むように配置されている。なお、第1のアナログセル121aと第2のアナログセル121bは、第2の半導体素子120の上面に限らず、下面もしくは周縁端部にあってもよい。なお、配線基板140は、第1の実施形態に係る配線基板40と同様なため説明を省略する。
The semiconductor device according to the present embodiment is stacked on the
第1の半導体素子110は、たとえば、P型シリコン基板などの半導体基板の上面(表面)にデジタル系回路(図示せず)が形成された半導体素子である。また、第1の半導体素子110は、第2の半導体素子120が積層されている上面側とは反対側の下面に、アレイ状に並んだ複数のバンプ(突起電極端子)160が形成されており、このバンプ160を介して配線基板140と電気的に接続されている。このようないわゆるフリップチップ実装により、その4辺が第1の半導体素子110の4辺よりそれぞれ長い第2の半導体素子120を、その4辺が第1の半導体素子110の外縁から突出するように第1の半導体素子110上に積層することが可能となる。
The
第2の半導体素子120は、たとえば、P型シリコン基板などの半導体基板の上面(表面)に第1のアナログセル121aおよび第2のアナログセル121bを含むアナログ系回路が形成された半導体素子であり、その4辺が第1の半導体素子110の外縁から突出した状態で、第1の半導体素子110上にダイアタッチフィルムなどの接着層122を介して実装されている。すなわち、実装後の第2の半導体素子120は第1の半導体素子110と重畳する領域(上面から見て両者が重なる共通領域)120aと第1の半導体素子110の外縁から突出する突出部120bとを有する。また、アナログ系回路の第2のアナログセル121bは、第1のアナログセル121aよりも高い温度で発熱しやすい回路領域であり、回路動作時には第1のアナログセル121aと比べて高温となる領域である。このため、第1のアナログセル121aおよび第2のアナログセル121bは図6に示すように配置され、特に第2のアナログセル121bは第2の半導体素子120の突出部120bを含むように配置されている。
The
各セル内には半導体素子外部との信号授受を行うためのパッド電極123aおよびパッド電極123bがそれぞれ複数配置されている。ここで、パッド電極123aは、第1のアナログセル121aが形成されている領域のうち、第2の半導体素子120と第1の半導体素子110とが重畳する領域120aの外縁部に沿って配置され、パッド電極123bは、第2のアナログセル121bが形成されている領域のうち、重畳する領域120a内の第1の半導体素子110の外縁に沿うように配置されている。このようにすることで、第2のアナログセル121bのパッド電極123bにワイヤボンディングする際にボンディングツールによる圧力を第1の半導体素子110が支えるため、突出部120bの外縁に沿ってパッド電極123bを設ける場合に比べて第2のアナログセル121bを含む端部へのダメージを低減することができる。
In each cell, a plurality of
各セル内のパッド電極123aおよびパッド電極123bは、金などのボンディングワイヤ124aおよびボンディングワイヤ124bによって配線基板140の上面のパッド電極143と電気的に接続されている。
The
なお、アナログ系回路はアナログ値の信号をデータとして用いる回路の総称であり、アナログ系回路には、たとえば、ドライバアンプ回路(モータ駆動電流生成出力回路)や送信系高出力増幅回路、出力制御ロジック回路、アナログフィルタ回路、プリドライブ回路(小信号増幅回路)、保護回路などが含まれる。この中ではドライバアンプ回路や送信系高出力増幅回路が第2のアナログセル121bとして挙げられる。
The analog system circuit is a general term for circuits that use analog value signals as data. The analog system circuit includes, for example, a driver amplifier circuit (motor drive current generation output circuit), a transmission system high output amplifier circuit, and an output control logic. A circuit, an analog filter circuit, a pre-drive circuit (small signal amplification circuit), a protection circuit, and the like are included. Among them, a driver amplifier circuit and a transmission system high output amplifier circuit are cited as the
封止樹脂層150は、配線基板140上の全面を覆うように形成され、第1の半導体素子110および第2の半導体素子120を封止している。封止樹脂層150の材料は、たとえば、エポキシ樹脂などの熱硬化性の絶縁性の樹脂である。この封止樹脂層150は各半導体素子を外部環境から保護する機能を有する。ここで、封止樹脂層150は、図6に示すように、第2の半導体素子120の第2のアナログセル121bを含む素子端部とこれに対応する封止樹脂層150の側壁(外壁)面との間隔L1がそれ以外の素子端部における間隔L2〜L4よりも短く仕上がっている。なお、封止樹脂層150中には熱伝導性を高めるためのフィラーが添加されていてもよい。
The sealing
なお、第1の半導体素子110は本発明の「第1の半導体素子」、第1のアナログセル121aは本発明の「第1の回路領域」、第2のアナログセル121bは本発明の「第2の回路領域」、第2の半導体素子120は本発明の「第2の半導体素子」、突出部120bは本発明の「突出部」、封止樹脂層150は本発明の「樹脂層」、及びパッド電極123bは本発明の「電極部」の一例である。
Note that the
以下に、第1の半導体素子110の外縁から突出して積層した第2の半導体素子120における突出部120bの放熱効果について説明する。
Hereinafter, a heat dissipation effect of the protruding
本実施形態の半導体装置では、第1の実施形態の半導体装置のように第2の半導体素子の1辺の突出部だけでなく、第2の半導体素子120の4辺の突出部120bにおいてその下面側に第1の半導体素子110が存在しないため、動作時に第2の半導体素子120から発生する熱は、上面側、側面、及び下面側に設けられた封止樹脂層150への熱伝導によって放散される。さらに、突出部120bは他の重畳する領域120aに比べて第1の半導体素子110から距離が離れているため、動作時に第1の半導体素子110において発生する熱の影響も相対的に小さくなる。このため、突出部120bでは第2の半導体素子120から発生する熱をより効率的に熱放散させることができる。
In the semiconductor device of the present embodiment, not only the protruding portion on one side of the second semiconductor element as in the semiconductor device of the first embodiment, but also the lower surface of the protruding
(第3の実施形態)
図7は第3の実施形態に係る積層された半導体素子を有する半導体装置の概略断面図であり、図8は同半導体装置の平面図(上面図)である。第3の実施形態に係る半導体装置は、第2の実施形態に係る半導体装置においてパッド電極が第2の半導体素子と第1の半導体素子とが重畳する領域に配置されているのに対して、パッド電極が第2の半導体素子の突出部に配置されている点が大きく異なる。なお、その他の点は第2の実施形態と同様な構成であるため説明は適宜省略する。
(Third embodiment)
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device having stacked semiconductor elements according to the third embodiment, and FIG. 8 is a plan view (top view) of the semiconductor device. In the semiconductor device according to the third embodiment, in the semiconductor device according to the second embodiment, the pad electrode is disposed in a region where the second semiconductor element and the first semiconductor element overlap, The difference is that the pad electrode is disposed on the protruding portion of the second semiconductor element. Since the other points are the same as those in the second embodiment, description thereof will be omitted as appropriate.
本実施形態に係る半導体装置は、第1のアナログセル121aおよび第2のアナログセル121b内に、半導体素子外部との信号授受を行うためのパッド電極123cおよびパッド電極123dがそれぞれ複数配置されている。ここで、パッド電極123cは、第1のアナログセル121aが形成されている領域のうち、突出部120bの外縁部に沿って配置され、パッド電極123dは、第2のアナログセル121bが形成されている領域のうち、突出部120bの外縁部に沿うように配置されている。このようにすることで、高い温度に発熱しやすい第2のアナログセル121bのうち発熱部となりやすいパッド電極123dから発生する熱は、突出部120bの上面側と側面からの放散に加え、その裏面側からも放散されるようになる。このため、パッド電極123dが突出部120bに配置されていない場合(上面側と側面からの放散)に比べて半導体装置の放熱性が高まり、動作の安定化に寄与することができる。したがって、半導体装置の信頼性を向上させることができる。
In the semiconductor device according to the present embodiment, a plurality of
(第4の実施形態)
図9は第4の実施形態に係る積層された半導体素子を有する半導体装置の概略断面図であり、図10は同半導体装置の平面図(上面図)である。第4の実施形態に係る半導体装置は、第2の実施形態に係る半導体装置と比較して、第2のアナログセルのパッド電極とボンディングワイヤを介して接続される基板のパッド電極が、第2のアナログセルとこれに対応する封止樹脂層の側壁面との間の領域とは異なる領域に設けられている点が大きく異なる。なお、その他の点は第2の実施形態とほぼ同様な構成であるため説明は適宜省略する。
(Fourth embodiment)
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device having stacked semiconductor elements according to the fourth embodiment, and FIG. 10 is a plan view (top view) of the semiconductor device. The semiconductor device according to the fourth embodiment is different from the semiconductor device according to the second embodiment in that the pad electrode of the substrate connected to the pad electrode of the second analog cell via the bonding wire is second. The difference is that it is provided in a region different from the region between the analog cell and the corresponding side wall surface of the sealing resin layer. Since the other points are almost the same as those of the second embodiment, description thereof will be omitted as appropriate.
本実施形態に係る半導体装置は、第1のアナログセル121aおよび第2のアナログセル121b内に、半導体素子外部との信号授受を行うためのパッド電極123aおよびパッド電極123bがそれぞれ複数配置されている。ここで、パッド電極123aは、第1のアナログセル121aが形成されている領域のうち、第2の半導体素子120と第1の半導体素子110とが重畳する領域120aの外縁部に沿って配置され、パッド電極123bは、第2のアナログセル121bが形成されている領域のうち、重畳する領域120a内の第1の半導体素子110の外縁に沿うように配置されている。このようにすることで、第2のアナログセル121bのパッド電極123bにワイヤボンディングする際にボンディングツールによる圧力を第1の半導体素子110が支えるため、突出部120bの外縁に沿ってパッド電極123bを設ける場合に比べて第2のアナログセル121bを含む端部へのダメージを低減することができる。
In the semiconductor device according to the present embodiment, a plurality of
また、本実施形態に係る半導体装置は、第1のアナログセル121aのパッド電極123aがボンディングワイヤ124aを介して配線基板140の上面のパッド電極143aと電気的に接続されているとともに、第2のアナログセル121bのパッド電極123bがボンディングワイヤ124bを介して配線基板140の上面のパッド電極143bと電気的に接続されている。ここで、ボンディングワイヤ124bが接続される配線基板140のパッド電極143bは、第2のアナログセル121bを含む突出部120bとこれに対応する封止樹脂層150の側壁面150aとの間の領域Rとは異なる領域に設けられている。このようにすることで、第2のアナログセル121bと封止樹脂層150の側壁面150aとの間の領域にパッド電極143bが配置された場合と比較して、第2のアナログセル121bをより側壁面150aに近づけられるため、第2のアナログセル21bから発生する熱を側壁面150aからより効率的に放散することが可能となる。
In the semiconductor device according to the present embodiment, the
また、本実施形態に係る半導体装置は、第2のアナログセル121bを含む突出部120bとこれに対応する封止樹脂層150の側壁面150aとの間隔L1が、第2の半導体素子120の上面120cと封止樹脂層150の上面150bとの間隔Hよりも短くなるように構成されている。このようにすることで、第2のアナログセル121bと封止樹脂層150の側壁面150aとの間の距離L1が第2の半導体素子120の上面120cと封止樹脂層150の上面150bとの間隔Hよりも長い場合と比較して、第2のアナログセル21bから発生する熱を側壁面150aからより効率的に放散することが可能となる。
Further, in the semiconductor device according to the present embodiment, the distance L1 between the
(第5の実施形態)
次に、上述の半導体装置を備えた携帯機器について説明する。なお、携帯機器として携帯電話に搭載する例を示すが、たとえば、個人用携帯情報端末(PDA)、デジタルビデオカメラ(DVC)、及びデジタルスチルカメラ(DSC)といった電子機器であってもよい。
(Fifth embodiment)
Next, a portable device including the above-described semiconductor device will be described. In addition, although the example mounted in a mobile telephone is shown as a portable apparatus, electronic devices, such as a personal digital assistant (PDA), a digital video camera (DVC), and a digital still camera (DSC), may be sufficient, for example.
図11は本実施形態に係る半導体装置を備えた携帯電話の構成を示す図である。携帯電話211は、第1の筐体212と第2の筐体214が可動部220によって連結される構造になっている。第1の筐体212と第2の筐体214は可動部220を軸として回動可能である。第1の筐体212には文字や画像等の情報を表示する表示部218やスピーカ部224が設けられている。第2の筐体214には操作用ボタンなどの操作部222やマイク部226が設けられている。なお、前述の各実施形態に係る半導体装置はこうした携帯電話211の内部に搭載されている。
FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration of a mobile phone including the semiconductor device according to the present embodiment. The
図12は、図11に示した携帯電話の部分断面図(第1の筐体212の断面図)である。本実施形態に係る半導体装置200は、はんだバンプ142を介してプリント基板228に搭載され、こうしたプリント基板228を介して表示部218などと電気的に接続されている。また、半導体装置200の裏面側(はんだバンプ142とは反対側の面)には金属基板などの放熱基板216が設けられ、たとえば、半導体装置から発生する熱を第1の筐体212内部にこもらせることなく、効率的に第1の筐体212の外部に放熱することができるようになっている。
12 is a partial cross-sectional view of the mobile phone shown in FIG. 11 (cross-sectional view of the first housing 212). The
本実施形態に係る半導体装置200を備えた携帯機器によれば、半導体装置内部の動作の安定化だけでなく、半導体装置から外部へ放出されるノイズをも少なくでき、ひいては携帯機器内部に搭載する他の部品へのノイズの影響を低減できるので、こうした半導体装置200を搭載した携帯機器の信頼性が向上する。
According to the portable device provided with the
なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施形態も本発明の範囲に含まれうるものである。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications such as design changes can be added based on the knowledge of those skilled in the art, and the embodiment to which such a modification is added. Can also be included in the scope of the present invention.
上記実施形態では、各半導体素子を封止する封止樹脂層を形成した半導体装置の例を示したが、本発明はこれに限らず、たとえば、封止樹脂層を必ずしも設ける必要はなく、封止樹脂層を設けていない半導体装置であってもよい。この場合には、突出部の下面側が大気中に直接さらされることになり、発生する熱をより効果的に放散させることができる。 In the above embodiment, an example of a semiconductor device in which a sealing resin layer that seals each semiconductor element is formed is shown. However, the present invention is not limited to this, and for example, a sealing resin layer is not necessarily provided. It may be a semiconductor device not provided with a stop resin layer. In this case, the lower surface side of the protrusion is directly exposed to the atmosphere, and the generated heat can be dissipated more effectively.
上記実施形態では、2つの半導体素子を積層した半導体装置に適用した例を示したが、本発明はこれに限らず、たとえば、3つ以上の半導体素子を積層した半導体装置に適用してもよい。また、1つの半導体素子上に複数の半導体素子が配置された半導体装置に適用してもよい。この場合にも各半導体素子間で上記効果を享受することができる。 In the above embodiment, an example is shown in which the present invention is applied to a semiconductor device in which two semiconductor elements are stacked. However, the present invention is not limited to this, and may be applied to, for example, a semiconductor device in which three or more semiconductor elements are stacked. . Further, the present invention may be applied to a semiconductor device in which a plurality of semiconductor elements are arranged on one semiconductor element. Also in this case, the above effects can be enjoyed between the semiconductor elements.
上記実施形態では、第2の半導体素子にアナログ系回路が形成された半導体素子を採用した例を示したが、本発明はこれに限らず、たとえば、アナログ系回路とデジタル系回路とが形成された半導体素子(アナログ/デジタル混載の半導体素子)を採用してもよい。この場合にも、突出部により高い温度で発熱しやすい回路を配置することで、上記効果を享受することができる。 In the above-described embodiment, an example in which a semiconductor element in which an analog circuit is formed as the second semiconductor element is used has been described. However, the present invention is not limited thereto, and for example, an analog circuit and a digital circuit are formed. Alternatively, a semiconductor element (analog / digital mixed semiconductor element) may be employed. Also in this case, the above-mentioned effect can be enjoyed by arranging a circuit that easily generates heat at a high temperature in the protruding portion.
上記実施形態では、第1の半導体素子にデジタル系回路が形成された半導体素子を採用した例を示したが、本発明はこれに限らず、たとえば、デジタル系回路とアナログ系回路とが形成された半導体素子(アナログ/デジタル混載の半導体素子)を採用してもよい。さらに、この場合には第2の半導体素子が搭載されていない領域にアナログ系回路を選択的に設けることが好ましい。一般にアナログ系回路やデジタル系回路を構成するトランジスタはその性能特性が応力の影響により変動することが知られている。特にデジタル系回路に比べてこうした変動に敏感なアナログ系回路では、それを構成するトランジスタの一部に偏って応力が加わると、応力の程度により所定のトランジスタ性能から変動してしまい、アナログ系回路が所定の動作をしなくなることがある。このため、第2の半導体素子が搭載されていない領域にアナログ系回路を選択的に設けることにより、第2の半導体素子の外縁部に起因してアナログ系回路に不均一に応力がかかるのを防ぐことができ、アナログ系回路における回路特性の変動を低減することができる。したがって、積層した半導体素子を有する半導体装置の信頼性を向上させることができる。 In the above-described embodiment, an example in which a semiconductor element in which a digital circuit is formed as the first semiconductor element is employed has been described. However, the present invention is not limited thereto, and for example, a digital circuit and an analog circuit are formed. Alternatively, a semiconductor element (analog / digital mixed semiconductor element) may be employed. In this case, it is preferable that an analog circuit is selectively provided in a region where the second semiconductor element is not mounted. In general, it is known that the performance characteristics of transistors constituting an analog circuit or a digital circuit fluctuate due to the influence of stress. Especially in analog circuits that are more sensitive to such fluctuations than digital circuits, if stress is applied to some of the transistors that make up the circuits, the performance of the transistors will vary depending on the degree of the stress. May not perform a predetermined operation. For this reason, by selectively providing an analog circuit in a region where the second semiconductor element is not mounted, stress is applied to the analog circuit unevenly due to the outer edge portion of the second semiconductor element. It is possible to prevent the variation in circuit characteristics in the analog circuit. Therefore, the reliability of a semiconductor device having stacked semiconductor elements can be improved.
また、第1の半導体素子上に第2の半導体素子を搭載する工程において、第2の半導体素子が搭載されない領域にアナログ系回路を選択的に設けたことで、第2の半導体素子を搭載する際に生じる第1の半導体素子への荷重(圧力)負荷がアナログ系回路には加わらず、アナログ系回路の特性変動(トランジスタへの物理的ダメージ)が防止される。これにより、積層した半導体素子を有する半導体装置の製造歩留りを向上させることができ、半導体装置の低コスト化を図ることが可能となる。 Further, in the step of mounting the second semiconductor element on the first semiconductor element, the analog semiconductor circuit is selectively provided in a region where the second semiconductor element is not mounted, so that the second semiconductor element is mounted. A load (pressure) load on the first semiconductor element generated at this time is not applied to the analog system circuit, and the characteristic variation of the analog system circuit (physical damage to the transistor) is prevented. Thereby, the manufacturing yield of a semiconductor device having stacked semiconductor elements can be improved, and the cost of the semiconductor device can be reduced.
なお、上述の各半導体装置において、第2のアナログセルは、第1のアナログセルに含まれるパッド電極と基板に設けられているパッド電極とを接続するボンディングワイヤを流れる電流量より、第2のアナログセルに含まれるパッド電極と基板に設けられているパッド電極とを接続するボンディングワイヤを流れる電流量が大きいものを選択するとよい。一般的に、電流量が多ければそのセルにおける発熱量も多く高温になることが予想されるため、各アナログセルをその電流量に応じて第2の半導体素子の適切な位置に配置することができる。ここで、ボンディングワイヤを流れる電流量の大小は、例えば、所定時間あたりの平均電流を比較することで判断してもよい。あるいは、各アナログセルと基板とが複数本の配線で接続されている場合、全配線に流れる電流の平均を比較することで判断してもよい。また、第2のアナログセル21bは、出力電流の平均値が大きい出力回路として例示される。
Note that, in each of the semiconductor devices described above, the second analog cell has a second current cell based on the amount of current flowing through a bonding wire that connects the pad electrode included in the first analog cell and the pad electrode provided on the substrate. It is preferable to select one having a large amount of current flowing through a bonding wire that connects the pad electrode included in the analog cell and the pad electrode provided on the substrate. In general, if the amount of current is large, the amount of heat generated in the cell is expected to be high, so that each analog cell can be arranged at an appropriate position in the second semiconductor element according to the amount of current. it can. Here, the magnitude of the amount of current flowing through the bonding wire may be determined, for example, by comparing average currents per predetermined time. Alternatively, when each analog cell and the substrate are connected by a plurality of wires, the determination may be made by comparing the averages of the currents flowing through all the wires. The
10・・・第1の半導体素子、12・・・接着層、13・・・パッド電極、14・・・ボンディングワイヤ、20・・・第2の半導体素子、20a・・・第1の半導体素子と第2の半導体素子とが重畳する領域、20b・・・突出部、21a・・・第1のアナログセル、21b・・・第2のアナログセル、22・・・接着層、23a,23b・・・パッド電極、24a,24b・・・ボンディングワイヤ、40・・・配線基板、43・・・パッド電極、45・・・外部接続端子(はんだボール)、50・・・封止樹脂層。
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記第1の半導体素子上に積層され、前記第1の半導体素子の外縁から突出している突出部を有する第2の半導体素子と、
を備え、
前記第2の半導体素子は第1の回路領域とこの第1の回路領域よりも高い温度に発熱しやすい第2の回路領域とを有し、この第2の回路領域が前記突出部を含むように配置されていることを特徴とする半導体装置。 A first semiconductor element;
A second semiconductor element stacked on the first semiconductor element and having a protruding portion protruding from an outer edge of the first semiconductor element;
With
The second semiconductor element has a first circuit region and a second circuit region that easily generates heat at a temperature higher than that of the first circuit region, and the second circuit region includes the protruding portion. A semiconductor device characterized in that the semiconductor device is disposed.
前記樹脂層は、前記第2の半導体素子の前記第2の回路領域を含む端部とこれに対応する前記樹脂層の側壁面との間隔がそれ以外の端部における間隔よりも短くなるように形成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 The first semiconductor element and the second semiconductor element are disposed on a substrate and sealed with a resin layer formed on the substrate,
The resin layer has an interval between the end portion including the second circuit region of the second semiconductor element and a side wall surface of the resin layer corresponding to the end portion shorter than an interval at the other end portion. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is formed.
前記電極部は前記第1の半導体素子と前記第2の半導体素子とが重畳する領域に配置されていることを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の半導体装置。 The second circuit region includes an electrode portion;
The semiconductor device according to claim 1, wherein the electrode portion is disposed in a region where the first semiconductor element and the second semiconductor element overlap each other.
前記電極部は前記突出部に配置されていることを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の半導体装置。 The second circuit region includes an electrode portion;
The semiconductor device according to claim 1, wherein the electrode portion is disposed on the protruding portion.
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