JP2008300390A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置に関し、特に、発熱量が大きな電源系の半導体チップを有する半導体装置の放熱性向上に関する。 The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to an improvement in heat dissipation of a semiconductor device having a power source semiconductor chip that generates a large amount of heat.
電子部品実装基板において、金属板によってパワー系素子の熱放出を行い、熱伝導不良層で金属板からの熱伝導を低減して絶縁基板の小型化を図る技術がある(例えば、特許文献1参照)。 In an electronic component mounting substrate, there is a technique for reducing the size of an insulating substrate by releasing heat from a power element by a metal plate and reducing heat conduction from the metal plate by a poor heat conduction layer (see, for example, Patent Document 1). ).
また、金属板(支持体)上に半導体チップが搭載されたQFP構造が開示されている(例えば、特許文献2参照)。
例えば、電子機器の液晶などを制御する電子回路には、信号処理を行うロジックチップ(制御用チップ)と、このロジックチップを駆動するための電源電圧等を制御する電圧変換用の半導体チップ(Voltage Regulator-チップ:以降、VRチップともいう)が、それぞれ別の半導体装置(半導体パッケージ)として組み立てられて実装基板に搭載されている。 For example, an electronic circuit that controls liquid crystal of an electronic device includes a logic chip (control chip) that performs signal processing, and a semiconductor chip (Voltage for voltage conversion) that controls a power supply voltage for driving the logic chip. Regulator-chips (hereinafter also referred to as VR chips) are assembled as separate semiconductor devices (semiconductor packages) and mounted on a mounting substrate.
ところが、別の半導体装置で製造していると、実装基板の実装面積が大きくなるため、製品の小型化に対応できない。 However, if the semiconductor device is manufactured by another semiconductor device, the mounting area of the mounting substrate becomes large, so that it cannot cope with the downsizing of the product.
製品の小型化を実現する方法としては、VRチップがもつ機能と、ロジックチップがもつ機能とを備えた半導体チップを製造することが考えられる。 As a method for realizing miniaturization of a product, it is conceivable to manufacture a semiconductor chip having a function of a VR chip and a function of a logic chip.
しかしながら、異なる機能を1チップ化する場合、それぞれの素子を異なったプロセスで製造するため、チップ単価が高くなることが問題である。また、1チップ化では、半導体チップの組み合わせの自由度が低減する。さらに、半導体装置(パッケージ)の歩留りが低下する。すなわち、1チップ化では、いずれか一方の素子の製造プロセスが不良となると、パッケージ全体が不良となってしまうため、半導体装置の歩留りが低下するという問題が起こる。 However, when different functions are integrated into one chip, each element is manufactured by a different process. Further, in the case of one chip, the degree of freedom of combination of semiconductor chips is reduced. Furthermore, the yield of the semiconductor device (package) is reduced. That is, in the case of one chip, if the manufacturing process of any one of the elements becomes defective, the whole package becomes defective, which causes a problem that the yield of the semiconductor device decreases.
そこで、近年では、製品の小型化を実現するために、例えば、前記特許文献1に示すように、1つの配線基板上にVRチップとロジックチップを搭載するSIP(System In Package)が提案されている。
Therefore, in recent years, in order to reduce the size of products, for example, as shown in
しかしながら、VRチップは、外部から供給される高電源電圧をロジックチップの動作用に電圧変換を行うため、VRチップからの発熱量が大きい。そのため、このような発熱量が大きなVRチップとロジックチップを1つの半導体装置で構成すると、以下のような問題が生じることが分かった。 However, since the VR chip converts a high power supply voltage supplied from the outside for the operation of the logic chip, the amount of heat generated from the VR chip is large. For this reason, it has been found that the following problems occur when a VR chip and a logic chip having such a large amount of heat generation are configured by one semiconductor device.
外部機器との信号の入出力を行うロジックチップは、高温化に晒されると信号処理を安定して行うことができず、動作しなくなり易い。そのため、発熱量の大きいVRチップと信号処理を行うロジックチップを1つの半導体装置で構成するためには、VRチップの放熱性を向上させることが必要である。 A logic chip that inputs / outputs signals to / from an external device cannot perform signal processing stably and is not likely to operate when exposed to high temperatures. Therefore, in order to configure a VR chip having a large amount of heat generation and a logic chip for performing signal processing with one semiconductor device, it is necessary to improve the heat dissipation of the VR chip.
放熱性を向上できる半導体装置としては、例えば、前記特許文献2(特開2004−158875号公報)に示すような、半導体チップを金属板上に搭載するQFP(Quad Flat Package)構造が考えられる。しかしながら、外部機器と信号処理を行うロジックチップは、外部端子数も相対的に多い(例えば、220ピン)ため、QFP構造とすると、パッケージの外形サイズが配線基板上に搭載する構造に比べて大きくなるという問題が生じる。 As a semiconductor device capable of improving heat dissipation, for example, a QFP (Quad Flat Package) structure in which a semiconductor chip is mounted on a metal plate as shown in Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2004-158875) can be considered. However, a logic chip that performs signal processing with an external device also has a relatively large number of external terminals (for example, 220 pins). Therefore, when the QFP structure is used, the outer size of the package is larger than the structure mounted on the wiring board. Problem arises.
そこで、前記特許文献1(特開平8−279664号公報)に開示されたような、金属板上にVRチップを搭載して、放熱性を向上させる技術が考えられる。 Therefore, a technique for improving heat dissipation by mounting a VR chip on a metal plate as disclosed in the above-mentioned Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 8-279664) can be considered.
しかしながら、金属板(アルミニウム板や銅板)とモールド樹脂の密着性は相対的に低いため、後の工程において半導体チップを封止するモールド樹脂と金属板との間で剥離不良が起こることが問題である。 However, since the adhesion between the metal plate (aluminum plate or copper plate) and the mold resin is relatively low, there is a problem that a peeling failure occurs between the mold resin for sealing the semiconductor chip and the metal plate in a later process. is there.
さらに、シリコンチップから成るVRチップと金属板との熱膨張係数が異なるため、例えば、製造された半導体装置を実装基板に搭載する際のリフロー熱の影響で、VRチップと金属板との間で剥離不良が起こることが問題である。放熱目的のための金属板からVRチップが剥離してしまうと、効率良くVRチップから発生する熱を放熱させることが困難である。 Furthermore, since the thermal expansion coefficient of the VR chip made of a silicon chip is different from that of the metal plate, for example, due to the influence of reflow heat when the manufactured semiconductor device is mounted on the mounting substrate, the VR chip and the metal plate are not affected. The problem is that peeling failure occurs. If the VR chip is peeled off from the metal plate for heat dissipation, it is difficult to efficiently dissipate the heat generated from the VR chip.
本発明の目的は、発熱量が大きな半導体チップを有する半導体装置において放熱性を向上させることができる技術を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a technique capable of improving heat dissipation in a semiconductor device having a semiconductor chip having a large calorific value.
また、本発明の他の目的は、発熱量が大きな半導体チップを有する半導体装置においてパッケージサイズを低減することができる技術を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a technique capable of reducing the package size in a semiconductor device having a semiconductor chip that generates a large amount of heat.
また、本発明の他の目的は、発熱量が大きな半導体チップを有する半導体装置において歩留りを向上させることができる技術を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a technique capable of improving the yield in a semiconductor device having a semiconductor chip that generates a large amount of heat.
また、本発明の他の目的は、発熱量が大きな半導体チップを有する半導体装置において低コスト化を図ることができる技術を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a technique capable of reducing the cost of a semiconductor device having a semiconductor chip that generates a large amount of heat.
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。 The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。 Of the inventions disclosed in this application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.
すなわち、本発明は、主面と前記主面に対向する裏面を有する配線基板と、前記配線基板の主面上に搭載され、シリコンから成るチップ構造体と、前記チップ構造体上に搭載され、半導体素子及び表面電極が形成された半導体チップと、前記配線基板の裏面に設けられた複数の外部端子とを有するものである。 That is, the present invention is a wiring substrate having a main surface and a back surface opposite to the main surface, mounted on the main surface of the wiring substrate, made of silicon, and mounted on the chip structure, It has a semiconductor chip on which a semiconductor element and a surface electrode are formed, and a plurality of external terminals provided on the back surface of the wiring board.
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下のとおりである。 Of the inventions disclosed in the present application, effects obtained by typical ones will be briefly described as follows.
配線基板上において、シリコンから成るチップ構造体上に発熱量が大きな半導体チップを搭載したことにより、半導体チップの熱抵抗を下げることができ、その結果、発熱量が大きな半導体チップを有する半導体装置の放熱性を向上させることができる。 By mounting a semiconductor chip with a large amount of heat generation on a chip structure made of silicon on a wiring board, the thermal resistance of the semiconductor chip can be lowered, and as a result, a semiconductor device having a semiconductor chip with a large amount of heat generation The heat dissipation can be improved.
また、発熱量が大きな半導体チップがVRチップであり、このVRチップとロジックチップを配線基板上に搭載することで、リードフレームタイプのパッケージに比較してパッケージサイズを低減することができる。 A semiconductor chip having a large amount of heat generation is a VR chip. By mounting the VR chip and a logic chip on a wiring board, the package size can be reduced as compared with a lead frame type package.
また、発熱量が大きな半導体チップがVRチップであり、このVRチップとロジックチップを配線基板上に搭載して1パッケージ化することにより、1チップ化に比較して半導体装置の歩留りを向上させることができる。 In addition, a semiconductor chip having a large amount of heat generation is a VR chip. By mounting this VR chip and a logic chip on a wiring board to form one package, the yield of the semiconductor device can be improved as compared with the one chip. Can do.
さらに、1チップ化に比較して半導体装置の低コスト化を図ることができる。 Further, the cost of the semiconductor device can be reduced as compared with a single chip.
以下の実施の形態では特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。 In the following embodiments, the description of the same or similar parts will not be repeated in principle unless particularly necessary.
さらに、以下の実施の形態では便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明などの関係にある。 Further, in the following embodiment, when it is necessary for the sake of convenience, the description will be divided into a plurality of sections or embodiments, but they are not irrelevant to each other unless otherwise specified. The other part or all of the modifications, details, supplementary explanations, and the like are related.
また、以下の実施の形態において、要素の数など(個数、数値、量、範囲などを含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合などを除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良いものとする。 Also, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), particularly when clearly indicated and when clearly limited to a specific number in principle, etc. Except, it is not limited to the specific number, and it may be more or less than the specific number.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiments, and the repetitive description thereof will be omitted.
(実施の形態)
図1は本発明の実施の形態の半導体装置の構造の一例を封止体を透過して示す平面図、図2は図1のA−A線に沿って切断した構造の一例を示す断面図、図3は図1のB−B線に沿って切断した構造の一例を示す断面図、図4は図1のC−C線に沿って切断した構造の一例を示す断面図、図5は図1に示す半導体装置の回路構成の一例を示す回路ブロック図である。また、図6は図1の半導体装置に搭載される配線基板の主面の配線パターンの一例を示す平面図、図7は図6に示す配線基板の主面における絶縁膜(ソルダレジスト)の開口部の一例を示す平面図、図8は図1に示す半導体装置におけるチップ下部の構造の一例を示す拡大部分断面図である。さらに、図9は図1に示す半導体装置の組み立てにおけるダイボンディング工程の一例を示す製造プロセスフロー図、図10は図1に示す半導体装置の組み立てにおけるワイヤボンディング工程〜個片化工程の一例を示す製造プロセスフロー図である。また、図11は本発明の実施の形態の変形例の半導体装置の構造を封止体を透過して示す平面図、図12は図11のA−A線に沿って切断した構造の一例を示す断面図である。
(Embodiment)
FIG. 1 is a plan view showing an example of a structure of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention through a sealing body, and FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a structure cut along line AA in FIG. 3 is a sectional view showing an example of the structure cut along the line BB in FIG. 1, FIG. 4 is a sectional view showing an example of the structure cut along the line CC in FIG. 1, and FIG. FIG. 2 is a circuit block diagram illustrating an example of a circuit configuration of the semiconductor device illustrated in FIG. 1. 6 is a plan view showing an example of a wiring pattern on the main surface of the wiring board mounted on the semiconductor device of FIG. 1. FIG. 7 is an opening of an insulating film (solder resist) on the main surface of the wiring board shown in FIG. FIG. 8 is an enlarged partial sectional view showing an example of the structure of the lower part of the chip in the semiconductor device shown in FIG. Further, FIG. 9 is a manufacturing process flow chart showing an example of a die bonding process in the assembly of the semiconductor device shown in FIG. 1, and FIG. 10 shows an example of a wire bonding process to an individualization process in the assembly of the semiconductor device shown in FIG. It is a manufacturing process flowchart. 11 is a plan view showing the structure of a semiconductor device according to a modification of the embodiment of the present invention through a sealing body, and FIG. 12 is an example of the structure cut along the line AA in FIG. It is sectional drawing shown.
図1〜図4に示す本実施の形態の半導体装置は、発熱量が大きな電源系チップを含む複数の半導体チップを有するものであり、かつ複数の半導体チップが1つの配線基板上に搭載された、所謂、1パッケージ化されたものである。本実施の形態では、このような半導体装置の一例として、信号処理を行う半導体チップ(第1半導体チップ、ロジックチップ、制御用チップ)と、この半導体チップを駆動するための電源電圧等を制御する電源電圧変換用の半導体チップ(第2半導体チップ、VRチップ)が1つの配線基板上に搭載されたSIP(System In Package)8を取り上げて説明する。なお、図1においては、VRチップ2やロジックチップ3と配線基板7とを電気的に接続するワイヤ5については、代表的なワイヤ5のみを表示しており、代表的なワイヤ5以外の他のワイヤ5については、その表示を省略している。
The semiconductor device of the present embodiment shown in FIGS. 1 to 4 includes a plurality of semiconductor chips including a power supply system chip that generates a large amount of heat, and the plurality of semiconductor chips are mounted on one wiring board. , So-called one package. In the present embodiment, as an example of such a semiconductor device, a semiconductor chip (first semiconductor chip, logic chip, control chip) that performs signal processing, a power supply voltage for driving the semiconductor chip, and the like are controlled. A description will be given by taking up a SIP (System In Package) 8 in which a semiconductor chip for power supply voltage conversion (second semiconductor chip, VR chip) is mounted on one wiring board. In FIG. 1, only the
SIP8の構成について説明すると、主面7aと裏面7bを有する配線基板7と、配線基板7上に搭載され、かつシリコンから成るとともに半導体素子及び表面電極が形成されていないダミーチップ(チップ構造体)1と、ダミーチップ1上に搭載され、ダミーチップと同じ材料であるシリコンから成り、かつ半導体素子及び表面電極が形成されている半導体チップであるVR( Voltage Regulator)チップ2と、配線基板7の裏面7bに設けられた複数の外部端子とを有している。
The configuration of the
図2に示すように、配線基板7において主面7aと裏面7bは対向しており、ダミーチップ1は主面7a上にペースト状接着剤4を介して搭載され、さらにVRチップ2はダミーチップ1上に同じくペースト状接着剤4を介して搭載されている。すなわち、VRチップ2はペースト状接着剤4を介してダミーチップ1上に積層されている。ここで、ペースト状接着剤4は、VRチップ2から発生する熱を効率良くダミーチップ1に伝搬させるために、例えばAg粒子を含むような導電性の接着剤を使用している。
As shown in FIG. 2, the
なお、VRチップ2はダミーチップ1と同じ材料であるシリコンから成り、かつ発熱量が大きな電源系チップであり、したがって、同じくシリコンから成るダミーチップ1と積層状態で接合することで体積を増やして熱容量を増やし、これによって熱抵抗を小さくして放熱効果を高めている。
The
また、VRチップ2は、その主面2a側に半導体素子及び表面電極であるパッド2cが形成されており、配線基板7とワイヤ接続によって電気的に接続されるため、その主面2aが上方を向いた状態で配置され、かつ裏面2bがペースト状接着剤4を介してダミーチップ1と接合されている。
Further, the
なお、VRチップ2は、SIP8の外部から供給された電源電圧の大きさを変圧する機能を有しているチップである。
The
また、シリコンから成るチップ構造体であるダミーチップ1は、所謂シリコンチップであるが、半導体素子やワイヤボンディング用の表面電極等が形成されていない。すなわち、チップ外部との電気的信号のやり取りもなく、単にその上に搭載されるVRチップ2の放熱効果を高めるためにVRチップ2の下部に配置されている。
The
その際、ダミーチップ1は、図1及び図2に示すように、その厚さ方向に交差する方向の主面1aの大きさが、VRチップ2の厚さ方向に交差する方向の主面2aの大きさに比べて大きい。すなわち、ダミーチップ1は、その上のVRチップ2の熱容量を増加させるためのものであるので、可能な限り体積が大きい方が好ましい。しかしながら、厚さを厚くするとSIP8のパッケージ高さも高くなってしまうため、したがって、主面1aをなるべく大きくして厚さが薄くても体積が大きくなるような形状とすることが好ましい。
At that time, as shown in FIGS. 1 and 2, the
なお、本実施の形態のSIP8には、その配線基板7の主面7a上に、VRチップ2によって変圧された電源電圧によって駆動されるロジックチップ3がさらに搭載されている。詳細には、図1及び図4に示すように、配線基板7上にVRチップ2とロジックチップ3が略横に並んで配置されている。ロジックチップ3は、SIP8の外部と信号系のデータのやり取り(入出力)を行うものであり、ダミーチップ1やVRチップ2と同様に、ペースト状接着剤4を介して配線基板7の主面7a上に搭載されている。ここで、ペースト状接着剤4は、VRチップ2から発生する熱を効率良くダミーチップ1に伝搬させるために、例えばAg粒子を含むような導電性の接着剤を使用している。
Note that the
また、ロジックチップ3は、多ピンであるため、図1及び図3に示すように、細長い形状となっており、配線基板7の主面7aの略中央部にペースト状接着剤4を介して搭載されている。
Further, since the
さらに、ロジックチップ3には、その主面3a側に半導体素子や表面電極であるパッド3cが形成されており、VRチップ2と同様に配線基板7とワイヤ接続によって電気的に接続されるため、図3及び図4に示すように、その主面3aが上方を向いて配置され、裏面3bがペースト状接着剤4を介して配線基板7の主面7aと接合されている。
Furthermore, the
なお、VRチップ2及びロジックチップ3は、それぞれのパッド2c,3cが金線等のワイヤ5によって配線基板7の主面7a上の図1及び図8に示すボンディング電極7cと電気的に接続されている。
In the
また、図2〜図4に示すように、配線基板7上において、ダミーチップ1、VRチップ2、ロジックチップ3及び複数のワイヤ5は、封止用樹脂によって形成された封止体6によって樹脂封止されている。
As shown in FIGS. 2 to 4, the
さらに、配線基板7の裏面7bには、図8に示すように複数のランド7gが露出して設けられており、外部端子である半田ボール9が各ランド7gに接合されている。
Further, as shown in FIG. 8, a plurality of lands 7g are exposed on the
次に、本実施の形態のSIP8の回路動作の概略について説明する。
Next, an outline of the circuit operation of the
図5に示すように、外部から供給された電源電圧は、まずVRチップ2に入る。その後、VRチップ2に入った、例えば、3.0〜3.6Vの電源電圧をVRチップ2で1.8Vに変換し、この1.8Vの電源電圧がロジックチップ3に入る。ロジックチップ3では、VRチップ2によって変換されて供給された1.8Vの電源電圧により外部との信号系のデータのやり取りを行う。
As shown in FIG. 5, the power supply voltage supplied from the outside first enters the
このようにSIP8では、VRチップ2は、外部から供給された電源電圧をロジックチップ3に対応する電圧値まで変換(小さく)してロジックチップ3に供給し、ロジックチップ3を動作させるものである。したがって、VRチップ2には、例えば、約3.6Vの電源電圧が供給されるため、発熱量が大きい。そこで、発熱量が大きなVRチップ2の放熱をどのように行うか工夫が必要となる。
As described above, in the
本実施の形態のSIP8では、VRチップ2の放熱手段として、先に述べたように、シリコンから成るダミーチップ1上にペースト状接着剤4を介してVRチップ2を搭載し、これにより、放熱対策を図っている。
In the
すなわち、VRチップ2は、同じくシリコンから成るダミーチップ1と積層状態で接合することで体積を増やして熱容量を増やし、その結果、熱抵抗を小さくして放熱効果を高めることができる。
That is, the
次に、図6に示すように、配線基板7の主面7a上には、その中央部のチップ搭載領域(ダミーチップ1とロジックチップ3のチップ搭載領域)に、導体から成るベタパターン(広面積導体パターン)である放熱パターン7fが形成されており、図1に示すように、この放熱パターン7f上にダミーチップ1及びロジックチップ3が搭載されている。
Next, as shown in FIG. 6, on the
したがって、VRチップ2から発せられた熱はまずダミーチップ1に伝わるとともに、さらにダミーチップ1を介して放熱パターン7fにも伝わって放散させることができ、VRチップ2の放熱効果をさらに高めることができる。なお、放熱パターン7fは、例えば、引き出し配線7i等と同様の銅パターンから成るものであることが好ましい。
Therefore, the heat generated from the
ここで、本実施の形態のSIP8に組み込まれる配線基板7の構造について説明する。配線基板7は、図8に示すようにコア材7jを有しており、コア材7jの表裏両面に配線層7kが形成された2層基板である。すなわち、コア材7jの表面側には、ベタパターンである放熱パターン7fや複数のボンディング電極7cあるいは引き出し配線7i等を含む配線層7kが形成されている。複数のボンディング電極7cは、図6及び図7に示すように細長い放熱パターン7fの幅方向の両側に並んで配置されている。
Here, the structure of the
一方、図8に示すように、コア材7jの裏面側には、複数のランド7gや引き出し配線7i等を含む配線層7kが形成されている。なお、コア材7jは、例えば、ガラスエポキシ樹脂等から成る。
On the other hand, as shown in FIG. 8, a
また、表面側の配線と裏面側の配線は、これらに対応するスルーホール配線7hを介して電気的に接続されている。すなわち、図6及び図8に示すように、各ボンディング電極7cは、引き出し配線7i及びスルーホール配線7hを介して裏面側のランド7gに電気的に接続されている。
Further, the wiring on the front surface side and the wiring on the back surface side are electrically connected through the corresponding through-
したがって、VRチップ2のパッド2cやロジックチップ3のパッド3cは、ワイヤ5、ボンディング電極7c、引き出し配線7i、スルーホール配線7h及びランド7gを介してそれぞれに対応する半田ボール9に電気的に接続されている。
Therefore, the
また、配線基板7の表裏両面それぞれの最上層には絶縁膜7dが形成されている。絶縁膜7dは、例えばソルダレジスト膜である。図7及び図8に示すように、表裏両面の絶縁膜7dには、複数の開口部7eが形成され、これら開口部7eには主面7a側ではボンディング電極7cが露出し、一方、裏面7b側ではランド7gが露出している。
In addition, an insulating
なお、SIP8では、配線基板7の表面(主面7a)の最上層には絶縁膜7dが形成されているため、図8に示すように、ダミーチップ1は絶縁膜7d上にペースト状接着剤4を介して搭載されている。言い換えると、放熱パターン7fとダミーチップ1の間に絶縁膜7dが配置されている。
In
また、図7及び図8に示すように、配線基板7の主面7a上のVRチップ2を載せたダミーチップ1の周囲に複数のボンディング電極7cが形成され、さらに、ダミーチップ1及びVRチップ2と、複数のボンディング電極7cとの間の領域に絶縁膜7dを開口して形成した凹状のダム部7mがコの字形状に設けられている。このダム部7mは、ダイボンド剤であるペースト状接着剤4の外側への流出を防ぐものである。
7 and 8, a plurality of
すなわち、ダミーチップ1の搭載を行った際に、ダミーチップ1の脇からはみ出て流出したペースト状接着剤4を、絶縁膜7dを開口して形成されたダム部7mに落とし込み、ペースト状接着剤4のボンディング電極7cへの流れ出しを防ぎ、ボンディング電極7cがペースト状接着剤4によって汚れることを阻止できる。
That is, when the
また、ダム部7mは、ロジックチップ3とその周囲のボンディング電極7cとの間の領域にもコの字形状に形成されている。これにより、ロジックチップ3の搭載を行った際には、ダミーチップ1の場合と同様に、ロジックチップ3の脇からはみ出て流出したペースト状接着剤4をダム部7mに落とし込み、ペースト状接着剤4のボンディング電極7cへの流れ出しを防ぎ、ボンディング電極7cがペースト状接着剤4によって汚れることを阻止できる。
The
本実施の形態のSIP8は、発熱量が大きなVRチップ2を有するものであり、したがって、VRチップ2の放熱性を向上させなければならない。そこで、VRチップ2を搭載したダミーチップ1の下部にベタパターンである放熱パターン7fが形成されているのであるから、本来、放熱パターン7f上に絶縁膜7dを介さずにダミーチップ1を直接搭載した方が放熱的により有効であることは言うまでもない。
The
ところが、絶縁膜7dを介さずダミーチップ1を導電性の接着剤を用いて配線基板7へ搭載した場合、ペースト状接着剤4を介して異なるスルーホール同士が電気的に導通してしまうという問題が発生するため、敢えて放熱効果を多少低下させてまでも、ダミーチップ1を絶縁膜7d上に搭載している。
However, when the
ダミーチップ1は、放熱性を考慮してVRチップ2よりも主面1aのサイズが大きい。そのため、図7に示すように配線基板7の主面7a上においてダミーチップ1の端部とボンディング電極7cとの距離が短くなる。ダミーチップ1はペースト状接着剤4を介して搭載されるため、ペースト状接着剤4が流出し易く、ブリード不良が発生し易くなり、したがって、ペースト状接着剤4の流出防止用のダム部7mが必要となる。
The
次に、本実施の形態のSIP8の製造方法について、図9及び図10の製造プロセスフロー図に沿って説明する。
Next, a method for manufacturing the
まず、図9のステップS1に示すダイボンディングを行う。ここでは、配線基板7の主面7a上にペースト状接着剤4を介してロジックチップ3を搭載する。
First, die bonding shown in step S1 of FIG. 9 is performed. Here, the
その際、ロジックチップ3の脇からはみ出て流出したペースト状接着剤4は、絶縁膜7dを開口して形成されたダム部7mに落とし込まれ、その結果、ペースト状接着剤4のボンディング電極7cへの流れ出しを防ぐことができる。
At that time, the paste-
その後、ステップS2に示すダミーチップボンディングを行う。ここでは配線基板7の主面7a上のロジックチップ3の横に、ペースト状接着剤4を介してダミーチップ1を搭載する。
Thereafter, dummy chip bonding shown in step S2 is performed. Here, the
その際、ダミーチップ1の脇からはみ出て流出したペースト状接着剤4は、絶縁膜7dのダム部7mに落とし込まれ、その結果、ペースト状接着剤4のボンディング電極7cへの流れ出しを防ぐことができる。
At this time, the paste-
その後、ステップS3に示すVRチップボンディングを行う。ここでは配線基板7の主面7a上のダミーチップ1の主面1aの上に、ペースト状接着剤4を介してVRチップ2を搭載する。すなわち、ダミーチップ1上にペースト状接着剤4を介してVRチップ2を積層する。
Thereafter, VR chip bonding shown in step S3 is performed. Here, the
その後、図10のステップS4に示すワイヤボンディングを行う。ここではロジックチップ3のパッド3cと配線基板7のボンディング電極7c(図7参照)とをワイヤ5で電気的に接続するとともに、VRチップ2のパッド2cと配線基板7のボンディング電極7cとをワイヤ5で電気的に接続する。
Thereafter, wire bonding shown in step S4 of FIG. 10 is performed. Here, the
なお、ロジックチップ3のワイヤボンディングとVRチップ2のワイヤボンディングでは、どちらを先に行ってもよい。
Note that either the wire bonding of the
その後、ステップS5に示す樹脂モールディングを行う。ここでは封止用樹脂を用いてトランスファーモールディング等によって樹脂成形を行い、配線基板7の主面7a上に封止体6を形成してロジックチップ3、ダミーチップ1、VRチップ2及び複数のワイヤ5を樹脂封止する。
Thereafter, resin molding shown in step S5 is performed. Here, resin molding is performed by transfer molding or the like using a sealing resin, and a sealing
その後、ステップS6に示すボール搭載を行う。ここでは配線基板7の裏面7bに外部端子として複数の半田ボール9を接合する。
Thereafter, ball mounting shown in step S6 is performed. Here, a plurality of
その後、ステップS7に示す個片化を行う。ここでは封止体6と配線基板7をいっしょに切断し、個片化してSIP8の組み立て完了となる。
Thereafter, individualization shown in step S7 is performed. Here, the sealing
本実施の形態の半導体装置によれば、発熱量が大きなVRチップ2を有するSIP8に組み込まれた配線基板7上において、シリコンから成るダミーチップ1上に発熱量が大きく、かつ同じくシリコンから成るVRチップ2を搭載したことにより、VRチップ2の容積がダミーチップ1の分増加するため、VRチップ2の熱抵抗を下げることができる。
According to the semiconductor device of the present embodiment, on the
これにより、発熱量が大きなVRチップ2を有するSIP8(半導体装置)の放熱性を向上させることができる。
Thereby, the heat dissipation of the SIP 8 (semiconductor device) having the
また、発熱量が大きなVRチップ2を有し、さらにVRチップ2とともにロジックチップ3を搭載する場合に、VRチップ2とロジックチップ3を配線基板7上に搭載することで、リードフレームタイプのパッケージではなく、基板タイプでSIP8(半導体装置)を実現できるため、SIP8のパッケージサイズを低減することができる。
Further, when the
また、発熱量が大きなVRチップ2を有し、さらにVRチップ2とともにロジックチップ3を搭載する場合に、VRチップ2とロジックチップ3を1パッケージ化構造とすることで、1チップ化に比較してSIP8(半導体装置)の歩留りを向上させることができる。
Further, when the
さらに、発熱量が大きなVRチップ2を有し、さらにVRチップ2とともにロジックチップ3を搭載する場合に、VRチップ2とロジックチップ3を1パッケージ化構造とすることで、1チップ化に比較してSIP8(半導体装置)の低コスト化を図ることができる。
Furthermore, when the
また、発熱量が大きなVRチップ2を有し、さらにVRチップ2とともにロジックチップ3を搭載する場合に、VRチップ2とロジックチップ3を1パッケージ化構造とすることで、1チップ化ではないため、半導体チップの組み合わせの自由度を増やすことができる。
Further, when the
なお、シリコン等から成るダミーチップ1の代わりとして、銅板(Cu板)等の金属板を採用することも考えられるが、前記金属板(Cu板)の場合、封止用樹脂(モールド樹脂)との密着性がシリコンチップより悪いことから剥離不良が発生する。
In place of the
さらに、前記金属板(Cu板)の場合、VRチップ2(シリコンチップ)と熱膨張係数(α)が異なるため、前記同様、封止用樹脂との剥離が起き易い。 Further, in the case of the metal plate (Cu plate), since the thermal expansion coefficient (α) is different from that of the VR chip 2 (silicon chip), the peeling from the sealing resin is likely to occur as described above.
したがって、本実施の形態のSIP8のように、ダミーチップ1をシリコンチップにすることで、ダミーチップ1がVRチップ2と同じ材料となるため、製造する上での条件を気にしなくて良い。さらに、ダミーチップ1の封止用樹脂(モールド樹脂)との密着性を確保できる。
Therefore, since the
すなわち、シリコンから成るダミーチップ1上に発熱量が大きなVRチップ2を搭載したことにより、ダミーチップ1とモールド樹脂の密着性は、銅板等の金属板とモールド樹脂の密着性より良好であるため、ダミーチップ1とモールド樹脂が剥離することを防止できる。
That is, since the
さらに、ダミーチップ1がシリコンから成るため、ダミーチップ1と発熱量が大きなVRチップ2とが同じ熱膨張係数(α)である。その結果、ダミーチップ1及びVRチップ2とモールド樹脂とが剥離することを防止できる。
Further, since the
次に、図11および図12に示す本実施の形態の変形例の半導体装置について説明する。 Next, a semiconductor device according to a modification of the present embodiment shown in FIGS. 11 and 12 will be described.
図11に示す変形例の半導体装置は、図1に示す半導体装置(SIP8)と同様のSIP10であり、発熱量が大きな電源系チップを含む複数の半導体チップが1パッケージ化されたものである。
The semiconductor device of the modification shown in FIG. 11 is the
SIP10のSIP8との相違点は、配線基板7の主面7aのチップ搭載領域にベタパターンである放熱パターン7fが設けられていないことであり、放熱パターン7fの代わりとして、小さな複数のダミーパターン7nが設けられている。
The difference between the
すなわち、SIP10の配線基板7の主面7aのチップ搭載領域には、放熱パターン7fに比べて遥かに小さな複数のダミーパターン7nが設けられており、VRチップ2から発せられた熱をダミーチップ1を介してダミーパターン7nに伝導して放熱を図るものである。
That is, a plurality of
SIP10においてもSIP8と同様に、図12に示すように、配線基板7上にダミーチップ1とロジックチップ3がそれぞれペースト状接着剤4を介して搭載され、さらにダミーチップ1上に発熱量が大きなVRチップ2がペースト状接着剤4を介して搭載されている。
In the
なお、SIP10においてもVRチップ2とロジックチップ3はそれぞれ配線基板7とワイヤ接続によって電気的に接続されている。
In the
変形例のSIP10のその他の構造については、SIP8と同様であるため、その重複説明は省略する。
Since the other structure of the
変形例のSIP10によれば、配線基板7上において、シリコンから成るダミーチップ1上に発熱量が大きく、かつ同じくシリコンから成るVRチップ2を搭載したことにより、VRチップ2の容積がダミーチップ1の分増加するため、VRチップ2の熱抵抗を下げることができる。
According to the
これにより、発熱量が大きなVRチップ2を有するSIP10(半導体装置)においてもその放熱性を向上させることができる。
Thereby, even in the SIP 10 (semiconductor device) having the
また、発熱量が大きなVRチップ2を有し、さらにVRチップ2とともにロジックチップ3を搭載する場合に、VRチップ2とロジックチップ3を配線基板7上に搭載することで、リードフレームタイプのパッケージではなく、基板タイプでSIP10を実現できるため、SIP10のパッケージサイズを低減することができる。
Further, when the
また、発熱量が大きなVRチップ2を有し、さらにVRチップ2とともにロジックチップ3を搭載する場合に、VRチップ2とロジックチップ3を1パッケージ化構造とすることで、1チップ化に比較してSIP10の歩留りを向上させることができる。
Further, when the
さらに、発熱量が大きなVRチップ2を有し、さらにVRチップ2とともにロジックチップ3を搭載する場合に、VRチップ2とロジックチップ3を1パッケージ化構造とすることで、1チップ化に比較してSIP10の低コスト化を図ることができる。
Furthermore, when the
なお、図11に示すSIP10によって得られるその他の効果についてはSIP8によって得られる効果と同じであるため、その重複説明は省略する。
Note that the other effects obtained by the
以上、本発明者によってなされた発明を発明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記発明の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。 As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments of the invention. However, the present invention is not limited to the embodiments of the invention, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. It goes without saying that it is possible.
例えば、前記実施の形態では、半導体装置の一例として、配線基板7上にダミーチップ1とロジックチップ3が搭載され、かつダミーチップ1上にVRチップ2が搭載されているSIP8,10を取り上げて説明したが、前記半導体装置は、少なくとも配線基板7上にシリコンから成るダミーチップ1が搭載され、かつダミーチップ1上に発熱量が大きな半導体チップが搭載されているものであれば、必ずしもSIPでなくても良く、SIP以外の構造の半導体装置であってもよい。
For example, in the embodiment,
また、ダミーチップ1上に搭載される半導体チップについても、VRチップ2に限定されるものではなく、発熱量が大きな、例えば、電源系の半導体チップ等であれば他の半導体チップであってもよい。
Also, the semiconductor chip mounted on the
また、配線基板7上に搭載されるダミーチップ1以外の半導体チップの数についても特に限定されるものではなく、1つであっても、また複数個であってもよい。
Further, the number of semiconductor chips other than the
また、ダミーチップ1は、半導体素子及び表面電極が形成されていないことについて説明したが、これに限定されるものではなく、VRチップ2のように半導体素子及び表面電極が形成されていても良い。しかしながら、半導体素子や表面電極を形成した半導体チップの表面構造は、図示しないが、複数の配線層と複数の絶縁層を交互に積み重ねた多層配線構造となるため、放熱性を考慮した場合、半導体素子及び表面電極は形成されていない方が好ましい。
Further, the
また、本実施の形態では、導電性のペースト状接着剤4を用いてダミーチップ1、VRチップ2、ロジックチップ3を搭載することについて説明したが、これに限定されるものではなく、例えばフィルム状の接着剤であるDAF(Die Attach Film)を使用してもよい。DAFの場合、ペースト状の接着剤のように、その周囲に接着剤の一部が流出することはないため、ダム部7mを排除することができ、より大きいダミーチップ1を使用することができる。しかしながら、DAFの構造は、テープ基材の表裏に接着層を有する構造から成るため、放熱性を考慮した場合、本実施の形態にて説明した導電性のペースト状接着剤4を使用する方が好ましい。
In this embodiment, the
本発明は、発熱量が大きな半導体チップを有する電子装置に好適である。 The present invention is suitable for an electronic device having a semiconductor chip that generates a large amount of heat.
1 ダミーチップ(チップ構造体)
1a 主面
2 VRチップ(半導体チップ)
2a 主面
2b 裏面
2c パッド(表面電極)
3 ロジックチップ
3a 主面
3b 裏面
3c パッド(表面電極)
4 ペースト状接着剤
5 ワイヤ
6 封止体
7 配線基板
7a 主面
7b 裏面
7c ボンディング電極
7d 絶縁膜
7e 開口部
7f 放熱パターン
7g ランド
7h スルーホール配線
7i 引き出し配線
7j コア材
7k 配線層
7m ダム部
7n ダミーパターン
8 SIP(半導体装置)
9 半田ボール(外部端子)
10 SIP(半導体装置)
1 Dummy chip (chip structure)
3
4
9 Solder balls (external terminals)
10 SIP (semiconductor device)
Claims (12)
前記配線基板の主面上に搭載され、シリコンから成るチップ構造体と、
前記チップ構造体上に搭載され、半導体素子及び表面電極が形成された半導体チップと、
前記配線基板の裏面に設けられた複数の外部端子とを有することを特徴とする半導体装置。 A wiring board having a main surface and a back surface facing the main surface;
A chip structure mounted on the main surface of the wiring board and made of silicon;
A semiconductor chip mounted on the chip structure and having a semiconductor element and a surface electrode formed thereon;
A semiconductor device comprising: a plurality of external terminals provided on a back surface of the wiring board.
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