JP2009129975A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低背化が可能で、かつ製造工数の削減が可能な半導体装置とその製造方法を提供すること。
【解決手段】本発明は、上面に凹部１２を有する中継基板１０と、中継基板１０の凹部１２内に搭載された半導体チップ２０と、半導体チップ２０上方に、中継基板１０と接続端子２８を介し搭載された内蔵半導体装置５０と、中継基板１０と内蔵半導体装置５０との間に充填し半導体チップ２０を封止する第１樹脂部２６と、を具備する半導体装置およびその製造方法である。
【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し、特に半導体チップと内蔵半導体装置とを積層した半導体装置およびその製造方法に関する。

近年、電子機器の小型化・高機能化に伴い、半導体チップの実装密度を高めるため、パッケージングされた半導体装置を積層する技術が開発されている。特許文献１の図５には以下の技術が開示されている。第１半導体チップが搭載された第１基板上（特許文献１の図５では下）に、第２半導体チップが搭載された第２基板が積層されている。ベース基板と第１基板とは接続ボールで接続されている。ベース基板と第１基板との間に充填し第１半導体チップを封止する封止樹脂層が設けられている。

特許文献２の図１には以下の技術が開示されている。電子部品が搭載された下の絶縁基板上に、電子部品が搭載された上の絶縁基板が積層されている。絶縁基板同士は半田ボールで接続されている。絶縁基板間に充填し電子部品を封止するように封止樹脂層が設けられている。
特開２００６−１１４６０４号公報 特開２００３−３４７７２２号公報

特許文献１および特許文献２においては、半導体チップ（特許文献１における第１半導体チップ、特許文献２における電子部品に相当する）が搭載された中継基板（特許文献１における第１基板、特許文献２における下の絶縁基板に相当する）と、第１半導体チップ上方に、中継基板と接続端子（特許文献１における接続ボール、特許文献２における半田ボールに相当する）を介し搭載された内蔵半導体装置（特許文献１における第２半導体チップが搭載された第２基板、特許文献２における上の絶縁基板）と、を有する半導体装置が開示されている。そして、第１樹脂部が中継基板と内蔵半導体装置との間に充填し半導体チップを封止している。つまり、第１樹脂部は半導体チップの上面と側面に接して設けられている。

特許文献１および特許文献２によれば、接続端子は内蔵半導体装置と中継基板とを電気的に接続する。第１樹脂部により、内蔵半導体装置により発生した熱を中継基板に放熱することができる。また、第１樹脂部により、中継基板と内蔵半導体装置と間への異物の混入を抑制することができる。

しかしながら、特許文献１および特許文献２のような半導体装置においては、低背化のため、第１半導体チップと内蔵半導体装置との間隔を狭くすると、第１樹脂部を中継基板と内蔵半導体装置との間に充填させる際にボイドが発生してしまう。このように第１樹脂部で半導体チップを封止することは容易ではない。そこで、特許文献１においては、２回に分けて第１樹脂部を形成している。特許文献２においては、内蔵半導体装置を中継基板に搭載した後に、中継基板を樹脂に浸している。このように、半導体装置の低背化と製造工数の削減とを両立することが難しい。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、低背化および放熱の効率化が可能で、かつ製造工数の削減が可能な半導体装置とその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、上面に凹部を有する中継基板と、前記中継基板の前記凹部内に搭載された半導体チップと、前記半導体チップ上方に、前記中継基板と接続端子を介し搭載された内蔵半導体装置と、前記中継基板と前記内蔵半導体装置との間に充填し前記半導体チップを封止する第１樹脂部と、を具備することを特徴とする半導体装置である。本発明によれば、半導体チップが中継基板１０の凹部内に搭載されているため、半導体チップと内蔵半導体装置との間隔を、大きくすることができる。本発明によれば、第１樹脂部を内蔵半導体装置と半導体チップとの間に容易に充填させることができる。また、中継基板と内蔵半導体装置との間隔を小さくすることができる。よって、半導体装置の低背化および放熱の効率化が可能となる。さらに、接続端子を小さくできるため、接続端子を配置する間隔を小さくすることができる。よって、半導体装置の小型化も可能となる。

上記構成において、前記第１樹脂部および前記内蔵半導体装置を封止する第２樹脂部を具備する構成とすることができる。この構成によれば、第２樹脂部で内蔵半導体装置を保護することができる。

上記構成において、前記第１樹脂部と前記第２樹脂部とは同じ樹脂からなる構成とすることができる。

上記構成において、前記第１樹脂部はフィラーフリーであり、前記第２樹脂部はフィラーを有する構成とすることができる。この構成によれば、第１樹脂部を内蔵半導体装置と半導体チップとの間に容易に充填させることができ、かつ第２樹脂部の強度を保つことができる。

上記構成において、前記内蔵半導体装置の上面は、前記第２樹脂部の上面から露出している構成とすることができる。この構成によれば、半導体装置を低背化することができる。

上記構成において、前記中継基板上の周辺部に前記内蔵半導体装置および前記第１半導体チップを囲むように設けられたダム部を具備し、前記第２樹脂部は、ダム部内に設けられている構成とすることができる。

本発明は、上面に凹部を有する中継基板の前記凹部内に半導体チップを搭載する工程と、前記半導体チップの上方に、前記中継基板と接続端子を用い内蔵半導体装置を搭載する工程と、前記中継基板と前記内蔵半導体との間に充填するように、前記半導体チップを封止する第１封止部を形成する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法である。本発明によれば、半導体チップと内蔵半導体装置との間隔を、大きくすることができる。これにより、第１樹脂部を内蔵半導体装置と半導体チップとの間に容易に充填させることができる。また、半導体装置の低背化および放熱性の向上が可能となる。

上記構成において、第１樹脂部および前記内蔵半導体装置を封止する第２樹脂部を形成する工程を有する構成とすることができる。この構成によれば、第２樹脂部で内蔵半導体装置を保護することができる。

上記構成において、前記第１樹脂部を形成する工程と前記第２樹脂部を形成する工程とは、同じ樹脂を用い同時に実行される構成とすることができる。

上記構成において、前記第１樹脂部を形成する工程を行った後、前記第２樹脂部を形成する工程を行う構成とすることができる。

本発明によれば、第１樹脂部を内蔵半導体装置と半導体チップとの間に容易に充填させることができる。また、中継基板と内蔵半導体装置との間隔を小さくすることができる。よって、半導体装置の低背化および放熱性の向上が可能となる。さらに、接続端子を小さくできるため、接続端子を配置する間隔を小さくすることができる。よって、半導体装置の小型化も可能となる。

以下、図面を用い本発明に係る実施例について説明する。

図１は実施例１に係る半導体装置の断面図である。図１を参照に、ガラスエポキシ等の絶縁体からなる中継基板１０の上面に凹部１２が設けられている。中継基板１０の厚さは例えば約２００μｍ、凹部１２の深さは、例えば中継基板１０の厚さの１／２以上が好ましい。中継基板１０は、Ｃｕ等の金属からなるランド電極１４、パッド電極１６および貫通接続部１８を有している。ランド電極１４およびランド電極１４間を接続する配線（不図示）は中継基板１０の上面側に配置され、パッド電極１６は中継基板１０の下面側に設けられている。ランド電極１４とパッド電極１６とは貫通接続部１８により電気的に接続されている。パッド電極１６には半田ボール１５が設けられている。

中継基板１０の凹部１２には接着剤２２を介し例えばシリコンからなる半導体チップ２０が搭載されている。凹部１２の面積は半導体チップ２０よりやや大きく、半導体チップ２０は凹部１２内に埋め込まれるように設けられている。半導体チップ２０の上面には回路が形成されており、半導体チップ２０の上面と中継基板１０のランド電極１４とは金属からなるボンディングワイヤ２４により電気的に接続されている。

中継基板１０には半田端子２８（接続端子）を介し内蔵半導体装置５０が搭載されている。半導体チップ２０および半田端子２８は、例えば熱硬化性エポキシ樹脂からなるアンダーフィル剤である第１樹脂部２６により封止されている。これにより、半導体チップ２０の側面および上面は第１樹脂部２６に全て覆われている。

内蔵半導体装置５０は中継基板３０、半導体チップ４０および第３樹脂部４６を有している。中継基板３０は、例えばＣｕ等の金属からなるランド電極３２およびパッド電極３４を有している。ランド電極３２とパッド電極３４とは貫通接続部（不図示）により電気的に接続されている。パッド電極３４には半田端子２８が接触している。

中継基板３０には、接着剤４２を介し半導体チップ４０が搭載されている。半導体チップ４０の上面と中継基板３０のランド電極３２とはボンディングワイヤ４４により電気的に接続されている。第３樹脂部４６は半導体チップ４０を封止している。

図２（ａ）から図２（ｃ）を用い、実施例１に係る半導体装置の製造方法について説明する。図２（ａ）を参照に、接着剤２２を用い、中継基板１０の中央部に形成された凹部１２内に半導体チップ２０を搭載する。この状態で、中継基板１０に搭載された半導体チップ２０を試験する。図２（ｂ）を参照に、中継基板１０上に半田端子２８を用い内蔵半導体装置５０を搭載する。内蔵半導体装置５０は半導体チップ２０の上方に配置される。内蔵半導体装置５０は事前に試験を行う。図２（ｃ）を参照に、内蔵半導体装置５０と半導体チップ２０との間にアンダーフィル剤を充填させる。これにより、半導体チップ２０と半田端子２８とを封止する第１樹脂部２６が形成される。その後、中継基板１０のパッド電極１６に半田ボール１５を形成する。以上により、実施例１に係る半導体装置が完成する。

実施例１によれば、図１を参照に、半導体チップ２０が中継基板１０の凹部１２内に搭載されている。このため、半導体チップ２０と内蔵半導体装置５０との間隔ｔ２を、凹部１２の深さｔ１分大きくすることができる。これにより、図２（ｃ）において、アンダーフィル剤を内蔵半導体装置５０と半導体チップ２０との間に容易に充填させることができる。また、図１において、凹部１２が設けられていない場合と間隔ｔ２が同じであれば、凹部１２が設けられた実施例１は中継基板１０と内蔵半導体装置５０との間隔ｔ３を小さくすることができる。よって、半導体装置の低背化が可能となり、かつ内蔵半導体装置５０から発生する熱を第１樹脂部２６を介し放熱することができ放熱性の向上が可能となる。さらに、間隔ｔ３が小さくなると、半田端子２８を小さくできるため、半田端子２８を配置する間隔を小さくすることができる。よって、半導体装置の小型化も可能となる。

さらに、中継基板１０に搭載された半導体チップ２０および内蔵半導体装置５０の試験を行った後、図２（ｂ）のように、内蔵半導体装置５０を中継基板１０に搭載する。これにより、実施例１に係る半導体装置の実装後の試験による歩留まり低下を抑制することができる。

実施例２は内蔵半導体装置を封止する第２樹脂部を有する例である。図３は実施例２に係る半導体装置の断面図である。図３を参照に、例えば熱硬化型エポキシ樹脂からなる第２樹脂部５６が内蔵半導体装置５０および第１樹脂部２６を封止している。その他の構成は実施例１の図１と同じであり説明を省略する。

図４は実施例２に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。図４を参照に、実施例１の図２（ｃ）までの工程の後、内蔵半導体装置５０および第１樹脂部２６を封止するように第２樹脂部５６を、例えば、熱硬化型エポキシ樹脂を用い形成する。その後、中継基板１０のパッド電極１６に半田ボール１５を形成する。以上により、実施例２に係る半導体装置が完成する。

図２（ｃ）において、アンダーフィル剤を内蔵半導体装置５０と半導体チップ２０との間に容易に充填させるためには、第１樹脂部２６はフィラーフリーであることが好ましい。一方、図３において、第２樹脂部５６の強度を保つためには、第２樹脂部５６はフィラーを有することが好ましい。

実施例２によれば、第２樹脂部５６により内蔵半導体装置を保護することができる。また、半導体装置の上面の面積が実施例１より広くなる。よって、半導体装置上面への捺印が容易となる。さらに、半導体装置を実装する際に、第２樹脂部５６が内蔵半導体装置５０を保護しピックアップが容易となる。

一方、実施例１によれば、半導体チップ２０は第１樹脂部２６、半導体チップ４０は第３樹脂部４６により封止されている。これにより、第２樹脂部５６が形成されなくとも各半導体チップおよび４０は保護される。第２樹脂部５６が不要なため、半導体装置の軽量化および低背化が可能となる。

実施例３は第２樹脂部と第１樹脂部とが同じ材料からなる例である。図５は、実施例３に係る半導体装置の断面図である。図５を参照に、実施例２の図３と比べ、第１樹脂部２６ｂが第２樹脂部５６ｂと同じ材料の樹脂からなる。その他の構成は、実施例２の図３と同じであり説明を省略する。

図６は、実施例３に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。図６を参照に、図２（ｂ）までの工程を行った後、熱硬化性エポキシ樹脂が半導体チップ２０、半田端子２８および内蔵半導体装置５０を封止するように、第１樹脂部２６ｂおよび第２樹脂部５６ｂを形成する。このように、第１樹脂部２６ｂを形成する工程と第２樹脂部５６ｂを形成する工程とは、同じ樹脂を用い同時に実行する。その後、中継基板１０のパッド電極１６に半田ボール１５を形成する。以上により、実施例３に係る半導体装置が完成する。

実施例３によれば、異なる樹脂部の界面が少ないため、密着強度を確保し信頼性を向上させることができる。また、製造工程を削減することができる。半田端子２８の数が少ない場合、ボンディングワイヤ２４の本数が少ないまたは間隔が広い場合、内蔵半導体装置５０と半導体チップ２０との間隔が広い場合、または低粘度の樹脂を用いることができる場合は、実施例２より実施例３を用いることが有利である。

実施例４は、内蔵半導体装置の上面が第２樹脂部の上面から露出している例である。図７を参照に、内蔵半導体装置５０の上面が第２樹脂部５６ａの上面から露出している。その他の構成は実施例２の図３と同じであり説明を省略する。

実施例４によれば、半導体装置の低背化が可能となる。なお、実施例４の製造方法としては、内蔵半導体装置５０を覆うように第２樹脂部５６ａを形成し、その後、第２樹脂部５６ａを研磨し内蔵半導体装置５０の上面を露出させることができる。また、内蔵半導体装置５０の上面が露出するような金型を用い、第２樹脂部５６ａを形成してもよい。

実施例５は、中継基板の周辺にダム部を有する例である。図８は実施例５に係る半導体装置の断面図である。図８を参照に、中継基板１０上面の周辺に、例えばエポキシ樹脂からなるダム部５８が設けられている。ダム部５８は上方から視ると内蔵半導体装置５０を囲むように設けられている。内蔵半導体装置５０の側面の一部および半導体チップ２０を封止するようにダム部５８内に第２樹脂部５６ｃが設けられている。

図９（ａ）および図９（ｂ）を用い実施例５に係る半導体装置の製造方法を説明する。図９（ａ）を参照に、図２（ｂ）までの工程を行った後、中継基板１０の上面の周辺に、半導体チップ２０、半田端子２８および内蔵半導体装置５０を囲むようダム部５８を形成する。ダム部５８は、例えばフィラー含有量が高く粘度の高い樹脂からなる。図９（ｂ）を参照に、フィラーフリーまたはフィラー含有量がダム部５８より低い液状封止剤からなる樹脂を用い、内蔵半導体装置５０の側面の一部、半導体チップ２０および半田端子２８を封止するように第２樹脂部５６ｃを形成する。その後、中継基板１０のパッド電極１６に半田ボール１５を形成する。以上により、実施例２に係る半導体装置が完成する。

実施例５によれば、中継基板１０の周辺部にダム部５８が設けられているため、第２樹脂部５６ｃを形成する樹脂の粘度が低くとも第２樹脂部５６ｃを厚く形成することができる。よって、内蔵半導体装置５０の側面の一部、半導体チップ２０および半田端子２８を封止することができる。また、第２樹脂部５６ｃを形成する際、樹脂が容易に内蔵半導体装置５０と半導体チップ２０との間に充填する。これにより、第２樹脂部５６ｃと同時に第１樹脂部２６ｃを形成することができる。

実施例１から実施例５において、半導体チップ２０は中継基板１０にフェースアップで実装されていたが、半導体チップ２０はフェースダウン実装されていてもよい。また、内蔵半導体装置５０として、半導体チップ４０が中継基板３０に実装されている例を説明したが、内蔵半導体装置５０は半導体チップでもよい。また、接続端子として半田端子２８を例に説明したが、中継基板１０と内蔵半導体装置５０とを接続する端子であればよい。例えばＡｕバンプでもよい。

以上、本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

図１は実施例１係る半導体装置の断面図である。 図２（ａ）から図２（ｃ）は実施例１に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。 図３は実施例２に係る半導体装置の断面図である。 図４は実施例２に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。 図５は実施例３に係る半導体装置の断面図である。 図６は実施例３に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。 図７は実施例４に係る半導体装置の断面図である。 図８は実施例５に係る半導体装置の断面図である。 図９（ａ）および図９（ｂ）は実施例５に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。

符号の説明

１０ 中継基板
１２ 凹部
２０ 半導体チップ
２６ 第１樹脂部
２８ 半田端子
３０ 中継基板
４０ 半導体チップ
５０ 内蔵半導体装置
５６ 第２樹脂部
５８ ダム部

Claims (10)

1. 上面に凹部を有する中継基板と、
   前記中継基板の前記凹部内に搭載された半導体チップと、
   前記半導体チップ上方に、前記中継基板と接続端子を介し搭載された内蔵半導体装置と、
   前記中継基板と前記内蔵半導体装置との間に充填し前記半導体チップを封止する第１樹脂部と、を具備することを特徴とする半導体装置。
2. 前記第１樹脂部および前記内蔵半導体装置を封止する第２樹脂部を具備することを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
3. 前記第１樹脂部と前記第２樹脂部とは同じ樹脂からなることを特徴とする請求項２記載の半導体装置。
4. 前記第１樹脂部はフィラーフリーであり、前記第２樹脂部はフィラーを有することを特徴とする請求項２記載の半導体装置。
5. 前記内蔵半導体装置の上面は、前記第２樹脂部の上面から露出していることを特徴とする請求項２から４のいずれか一項記載の半導体装置。
6. 前記中継基板上の周辺部に前記内蔵半導体装置および前記半導体チップを囲むように設けられたダム部を具備し、
   前記第２樹脂部は、ダム部内に設けられていることを特徴とする請求項３記載の半導体装置。
7. 上面に凹部を有する中継基板の前記凹部内に半導体チップを搭載する工程と、
   前記半導体チップの上方に、前記中継基板と接続端子を用い内蔵半導体装置を搭載する工程と、
   前記中継基板と前記内蔵半導体との間に充填するように、前記半導体チップを封止する第１封止部を形成する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
8. 第１樹脂部および前記内蔵半導体装置を封止する第２樹脂部を形成する工程を有することを特徴とする請求項７記載の半導体装置。
9. 前記第１樹脂部を形成する工程と前記第２樹脂部を形成する工程とは、同じ樹脂を用い同時に実行されることを特徴とする請求項８記載の半導体装置の製造方法。
10. 前記第１樹脂部を形成する工程を行った後、前記第２樹脂部を形成する工程を行うことを特徴とする請求項８記載の半導体装置の製造方法。

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