JP2010073771A - 半導体装置の実装構造 - Google Patents

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Abstract

【課題】 CSPと呼ばれる半導体構成体を複数個回路基板上に実装しても、実装面積を小さくし、且つ、全体としての厚さを薄くする。
【解決手段】 回路基板1の上面側に形成された凹部2内には第1の半導体構成体11aがフェースアップ方式で埋設され、第1の半導体構成体11aおよび回路基板1の上方には第2、第3の半導体構成体11b、11cがフェースダウン方式で搭載されている。これにより、第1の半導体構成体11aと第2および第3の半導体構成体11b、11cとに互いに重なり合う部分が生じ、実装面積を小さくすることができる。また、回路基板1の凹部2内に第1の半導体構成体11aを埋設しているので、全体としての厚さを薄くすることができる。
【選択図】 図2

Description

この発明は半導体装置の実装構造に関する。
従来の半導体装置には、CSP(chip size package)と呼ばれるものがある(例えば、特許文献1参照)。この半導体装置は、上面に複数の接続パッドが設けられた半導体基板を備えている。半導体基板上に設けられた絶縁膜の上面には配線が接続パッドに接続されて設けられている。配線の接続パッド部上面には柱状電極が設けられている。配線を含む絶縁膜の上面には封止膜がその上面が柱状電極の上面と面一となるように設けられている。柱状電極の上面には半田ボールが設けられている。
特開2004−281614号公報
ところで、上記従来の半導体装置を回路基板上に実装する場合には、上記従来の半導体装置の半田ボールを回路基板の上面に設けられた接続端子に接合することにより、上記従来の半導体装置を回路基板上にフェースダウン方式で実装することになる。したがって、上記従来の半導体装置を複数個回路基板上に実装する場合には、回路基板上に適宜に離間させて平面的に実装することになる。
このように、上記従来の半導体装置では、回路基板上にフェースダウン方式で実装するため、複数個回路基板上に実装する場合には、回路基板上に適宜に離間させて平面的に実装することになるので、実装面積が大きくなってしまうという問題があった。
そこで、この発明は、半導体構成体の実装面積を小さくすることができる半導体装置の実装構造を提供することを目的とする。
請求項1に記載の発明は、上面において第1の半導体構成体埋設領域の周囲に複数の接続端子が設けられた回路基板と、前記回路基板の上面側の第1の半導体構成体埋設領域にフェースアップ方式で埋設され、半導体基板および該半導体基板上に設けられた複数の外部接続用電極を有する第1の半導体構成体と、前記第1の半導体構成体および前記回路基板の上方にフェースダウン方式で搭載され、半導体基板および該半導体基板下に設けられた複数の外部接続用電極を有する第2の半導体構成体とを備え、前記第2の半導体構成体の一部の外部接続用電極は前記第1の半導体構成体の外部接続用電極に導電接合部材を介して接合され、前記第2の半導体構成体の残りの外部接続用電極は前記回路基板の接続端子に導電接合部材を介して接合されていることを特徴とするものである。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記第1の半導体構成体の上方において前記第2の半導体構成体の搭載領域以外の領域に、半導体基板および該半導体基板下に設けられた複数の外部接続用電極を有する第3の半導体構成体がフェースダウン方式で搭載され、前記第3の半導体構成体の外部接続用電極は前記第1の半導体構成体の外部接続用電極に導電接合部材を介して接合されていることを特徴とするものである。
請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記第2の半導体構成体の平面サイズは前記第1の半導体構成体の平面サイズよりも大きくなっていることを特徴とするものである。
請求項4に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記回路基板の上面側に前記第1の半導体構成体が複数個フェースアップ方式で埋設されていることを特徴とするものである。
請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の発明において、前記第2の半導体構成体の平面サイズは前記第1の半導体構成体の平面サイズよりも大きくなっており、前記第2の半導体構成体の一部の外部接続用電極は全ての前記第1の半導体構成体の外部接続用電極に導電接合部材を介して接合されていることを特徴とするものである。
請求項6に記載の発明は、請求項1〜5のいずれかに記載の発明において、前記第1の半導体構成体および前記回路基板の上面は実質的に一面を形成していることを特徴とするものである。
請求項7に記載の発明は、請求項6に記載の発明において、前記第1の半導体構成体は前記回路基板の上面側に形成された凹部内に配置されていることを特徴とするものである。
請求項8に記載の発明は、請求項7に記載の発明において、前記第1の半導体構成体は前記回路基板の凹部内の底面に接着層を介して接着されていることを特徴とするものである。
請求項9に記載の発明は、請求項6に記載の発明において、前記第1の半導体構成体は前記回路基板の上面側に埋め込まれていることを特徴とするものである。
請求項10に記載の発明は、請求項6に記載の発明において、前記各導電接合部材は同一の大きさの半田ボールからなることを特徴とするものである。
請求項11に記載の発明は、請求項10に記載の発明において、前記各半導体構成体は、前記外部接続用電極としての柱状電極を有し、且つ、前記柱状電極間に設けられた封止膜を有することを特徴とするものである。
請求項12に記載の発明は、請求項10に記載の発明において、前記各半導体構成体は、前記外部接続用電極としての接続パッド部を有する配線を有し、且つ、前記配線の接続パッド部以外を覆うオーバーコート膜を有することを特徴とするものである。
この発明によれば、回路基板の上面側に第1の半導体構成体をフェースアップ方式で埋設し、第1の半導体構成体および回路基板の上方に第2の半導体構成体をフェースダウン方式で搭載しているので、第1の半導体構成体と第2の半導体構成体とに互いに重なり合う部分が生じ、これにより半導体構成体の実装面積を小さくすることができる。この場合、回路基板の上面側に第1の半導体構成体を埋設しているので、全体の厚さを薄くすることができる。
(第1実施形態)
図1はこの発明の第1実施形態としての半導体装置の実装構造の要部の平面図を示し、図2は図1のII−II線に沿う断面図を示す。この半導体装置の実装構造では、簡単に説明すると、回路基板1の上面側に形成された凹部2内に第1の半導体構成体11aがフェースアップ方式で埋設され、第1の半導体構成体11aの4辺部の各中央部およびその各外側における回路基板1の上方に4つの第2の半導体構成体11bがフェースダウン方式で搭載され、第1の半導体構成体11aの上面中央部に第3の半導体構成体11cがフェースダウン方式で搭載されている。
このうち、回路基板1の上面において平面正方形状の凹部(第1の半導体構成体埋設領域)2の周囲には複数の接続端子3が設けられている。接続端子3は、回路基板1の上面に設けられた配線(図示せず)の一端部に接続されている。凹部2は、ガラス布基材エポキシ樹脂等からなる回路基板1の上面側に座ぐり加工等により形成されている。
第1〜第3の半導体構成体11a、11b、11cは、一般的にはCSPと呼ばれるものであり、基本的な構成は同じである。すなわち、第1〜第3の半導体構成体11a、11b、11cは、平面正方形状または長方形状のシリコン基板(半導体基板)12a、12b、12cを備えている。シリコン基板12a(12b、12c)の上面(下面)には所定の機能の集積回路(図示せず)が設けられ、上面(下面)周辺部にはアルミニウム系金属等からなる複数の接続パッド13a(13b、13c)が集積回路に接続されて設けられている。
接続パッド13a(13b、13c)の中央部を除くシリコン基板12a(12b、12c)の上面(下面)には酸化シリコン等からなるパッシベーション膜14a(14b、14c)およびポリイミド系樹脂等からなる保護膜15a(15b、15c)が設けられ、接続パッド13a(13b、13c)の中央部はパッシベーション膜14a(14b、14c)および保護膜15a(15b、15c)に設けられた開口部16a(16b、16c)を介して露出されている。
保護膜15a(15b、15c)の上面(下面)には配線17a(17b、17c)が設けられている。配線17a(17b、17c)は、保護膜15a(15b、15c)の上面(下面)に設けられた銅等からなる下地金属層18a(18b、18c)と、下地金属層18a(18b、18c)の上面(下面)に設けられた銅からなる上部金属層19a(19b、19c)との2層構造となっている。配線17a(17b、17c)の一端部は、パッシベーション膜14a(14b、14c)および保護膜15a(15b、15c)の開口部16a(16b、16c)を介して接続パッド13a(13b、13c)に接続されている。
配線17a(17b、17c)の接続パッド部上面(下面)には銅からなる柱状電極(外部接続用電極)20a(20b、20c)が設けられている。配線17a(17b、17c)を含む保護膜15a(15b、15c)の上面(下面)にはエポキシ系樹脂等からなる封止膜21a(21b、21c)がその上面(下面)が柱状電極20a(20b、20c)の上面(下面)と面一となるように設けられている。ここまでが、第1〜第3の半導体構成体11a、11b、11cの基本的な構成が同じ部分である。
次に、第2、第3の半導体構成体11b、11cの構成が第1の半導体構成体11aの構成と異なる点について説明する。第2の半導体構成体11bでは、柱状電極20bの下面に半田ボール(導電接合部材)22bが設けられている。第3の半導体構成体11cでは、柱状電極20cの下面に半田ボール(導電接合部材)22cが設けられている。この場合、半田ボール22b、22cの大きさ(高さ)は同じとなっている。
そして、第1の半導体構成体11aは、そのシリコン基板12aの下面に予め設けられたダイボンド材からなる接着層4が回路基板1の凹部2内の底面に接着されていることにより、回路基板1の凹部2内にフェースアップ方式で配置(埋設)されている。この状態では、第1の半導体構成体11aおよび回路基板1の上面は実質的に一面を形成している。
第2の半導体構成体11bは、その一部の半田ボール22bが第1の半導体構成体11aの周辺部に配置された柱状電極20aの上面に接合され、且つ、その残りの半田ボール22bが回路基板1の接続端子3に接合された状態で、第1の半導体構成体11aの4辺部の各中央部およびその各外側における回路基板1の上方にフェースダウン方式で搭載されている。
第3の半導体構成体11cは、その半田ボール22cが第1の半導体構成体11aの中央部に配置された柱状電極20aの上面に接合された状態で、第1の半導体構成体11aの上面中央部(第2の半導体構成体11bの搭載領域以外の領域)にフェースダウン方式で搭載されている。
以上のように、この半導体装置の実装構造では、回路基板1の上面側に形成された凹部2内に第1の半導体構成体11aをフェースアップ方式で埋設し、第1の半導体構成体11aおよび回路基板1の上方に第2の半導体構成体11bをフェースダウン方式で搭載しているので、第1の半導体構成体11aと第2の半導体構成体11bとに互いに重なり合う部分が生じ、これにより第1、第2の半導体構成体11a、11bを回路基板1上に実装しても、実装面積を小さくすることができる。
また、この半導体装置の実装構造では、第1の半導体構成体11aの上面中央部に第3の半導体構成体11cをフェースダウン方式で搭載しているので、第3の半導体構成体11cをさらに回路基板1上に実装しても、第1、第2の半導体構成体11a、11bを回路基板1上に実装した場合と比較して、実装面積が増加しないようにすることができる。
さらに、この半導体装置の実装構造では、回路基板1の上面側に形成された凹部2内に第1の半導体構成体11aを埋設しているので、全体の厚さを薄くすることができる。この場合、第1の半導体構成体11aおよび回路基板1の上面が実質的に一面を形成しているので、これらの上方に搭載される第2の半導体構成体11bを傾斜しないように搭載することができる。
次に、第1〜第3の半導体構成体11a、11b、11cの実装方法の一例について簡単に説明する。まず、回路基板1の凹部2内の底面に第1の半導体構成体11aのシリコン基板12aの下面に予め設けられた接着層4を接着することにより、回路基板1の凹部2内に第1の半導体構成体11aをフェースアップ方式で配置(埋設)する。
次に、第1の半導体構成体11aの柱状電極20aの上面および回路基板1の接続端子3の上面にスクリーン印刷法等によりフラックスを塗布する。次に、フリップチップマウンターまたはフリップチップボンダーを用い、半田ボール22bを有する第2の半導体構成体11bを搭載し、また半田ボール22cを有する第3の半導体構成体11cを搭載する。この場合、第2、第3の半導体構成体11b、11cの搭載はいずれを先に行なってもよい。
なお、第1の半導体構成体11aおよび回路基板1の上面が実質的に一面を形成し、且つ、半田ボール22b、22cの大きさが同じであるから、第1の半導体構成体11aの柱状電極20a上に半田ボール22b、22cを形成し、且つ、回路基板1の接続端子3上に半田ボール22bを形成しておいて、第2、第3の半導体構成体11b、11cの搭載を行なうようにしてもよい。
(第2実施形態)
図3はこの発明の第2実施形態としての半導体装置の実装構造の図2同様の断面図を示す。この半導体装置の実装構造において、図2に示す半導体装置の実装構造と大きく異なる点は、第2の半導体構成体11bの平面サイズを第1の半導体構成体11aの平面サイズよりも大きくし、第1の半導体構成体11aおよびその周囲における回路基板1の上方に第2の半導体構成体11bをフェースダウン方式で搭載した点である。
この場合、第2の半導体構成体11bは、その下面中央部に配置された柱状電極20bの下面に設けられた半田ボール22bが第1の半導体構成体11aの柱状電極20aの上面に接合され、且つ、その下面周辺部に配置された柱状電極20bの下面に設けられた半田ボール22bが回路基板1の接続端子3に接合された状態で、第1の半導体構成体11aおよびその周囲における回路基板1の上方にフェースダウン方式で搭載されている。
以上のように、この半導体装置の実装構造では、第1の半導体構成体11aおよびその周囲における回路基板1の上方に、第1の半導体構成体11aの平面サイズよりも大きい平面サイズの第2の半導体構成体11bをフェースダウン方式で搭載しているので、第1の半導体構成体11aと第2の半導体構成体11bとに互いに重なり合う部分が生じ、これにより第1、第2の半導体構成体11a、11bを回路基板1上に実装しても、実装面積を小さくすることができる。また、回路基板1の上面側に形成された凹部2内に第1の半導体構成体11aを埋設しているので、全体の厚さを薄くすることができる。
ところで、この実施形態においても、第1の半導体構成体11aおよび回路基板1の上面が実質的に一面を形成し、且つ、その半田ボール22bの大きさが同じであるから、第1の半導体構成体11aの柱状電極20a上に半田ボール22bを形成し、且つ、回路基板1の接続端子3上に半田ボール22bを形成しておいて、第2の半導体構成体11bの搭載を行なうようにしてもよい。
(第3実施形態)
図4はこの発明の第3実施形態としての半導体装置の実装構造の図3同様の断面図を示す。この半導体装置の実装構造において、図3に示す半導体装置の実装構造と大きく異なる点は、1つの第2の半導体構成体11bの下方における回路基板1の上面側に複数例えば2つまたは4つの凹部3を形成し、各凹部2内に第1の半導体構成体11aをフェースアップ方式で埋設した点である。この場合、凹部2間における回路基板1の上面には複数の接続端子3が設けられている。
そして、第2の半導体構成体11bは、その下面中央部に配置された柱状電極20bの下面に設けられた半田ボール22bが全ての第1の半導体構成体11aの柱状電極20aの上面に接合され、且つ、その下面周辺部に配置された柱状電極20bの下面に設けられた半田ボール22bが回路基板1の接続端子3に接合された状態で、第1の半導体構成体11aおよびその周囲における回路基板1の上方にフェースダウン方式で搭載されている。
以上のように、この半導体装置の実装構造では、1つの第2の半導体構成体11bの下方における回路基板1の上面側に複数例えば2つまたは4つの凹部2を形成し、各凹部2内に第1の半導体構成体11aをフェースアップ方式で埋設しているので、第1の半導体構成体11aと第2の半導体構成体11bとに互いに重なり合う部分が生じ、これにより第1、第2の半導体構成体11a、11bを回路基板1上に実装しても、実装面積を小さくすることができる。また、回路基板1の上面側に形成された凹部2内に第1の半導体構成体11aを埋設しているので、全体の厚さを薄くすることができる。
ところで、この実施形態においても、第1の半導体構成体11aおよび回路基板1の上面が実質的に一面を形成し、且つ、半田ボール22bの大きさが同じであるから、第1の半導体構成体11aの柱状電極20a上に半田ボール22bを形成し、且つ、回路基板1の接続端子3上に半田ボール22bを形成しておいて、第2の半導体構成体11bの搭載を行なうようにしてもよい。
(第4実施形態)
図5はこの発明の第4実施形態としての半導体装置の実装構造の図2同様の断面図を示す。この半導体装置の実装構造において、図2に示す半導体装置の実装構造と大きく異なる点は、回路基板1の上面側に第1の半導体構成体11aを、接着層を介さずにフェースアップ方式で埋め込んだ点である。この場合も、第1の半導体構成体11aおよび回路基板1の上面は実質的に一面を形成している。
ここで、回路基板1の上面側に第1の半導体構成体11aをフェースアップ方式で埋め込む方法の一例について簡単に説明する。まず、柱状電極20aおよび封止膜21aの上面を平坦面とされた第1の半導体構成体11aを準備する。次に、第1の半導体構成体11aの上下を反転してアルミ箔等からなるベース板(図示せず)の上面に配置する。
次に、第1の半導体構成体11aを含むベース板の上面に、スクリーン印刷法、スピンコート法等により液状樹脂を含む回路基板材料を塗布することにより、回路基板1を形成する。次に、ベース板をエッチング等により除去する。次に、回路基板1の上面にアルミニウム系金属等からなる接続端子3を含む配線(図示せず)を形成する。かくして、回路基板1の上面側に第1の半導体構成体11aをフェースアップ方式で埋め込んだものが得られる。
(第5実施形態)
図6はこの発明の第5実施形態としての半導体装置の実装構造の図2同様の断面図を示す。この半導体装置の実装構造において、図2に示す半導体装置の実装構造と大きく異なる点は、第1〜第3の半導体構成体11a、11b、11cが柱状電極20a、20b、20cおよび封止膜21a、21b、21cを備えていない点である。
この場合、第1〜第3の半導体構成体11a、11b、11cにおいては、配線17a、17b、17cを含む保護膜15a、15b、15cの上面または下面にソルダーレジスト等からなるオーバーコート膜31a、31b、31cが設けられている。配線17a、17b、17cの接続パッド部に対応する部分におけるオーバーコート膜31a、31b、31cには開口部32a、32b、32cが設けられている。
第2の半導体構成体11bにおいては、オーバーコート膜31bの開口部32b内およびその下方に半田ボール22bが配線17bの接続パッド部に接続されて設けられている。第3の半導体構成体11cにおいては、オーバーコート膜31cの開口部32c内およびその下方に半田ボール22cが配線17cの接続パッド部に接続されて設けられている。
そして、第2の半導体構成体11bは、その一部の半田ボール22bが第1の半導体構成体11aの周辺部に配置された配線17aの接続パッド部上面に接合され、且つ、その残りの半田ボール22bが回路基板1の接続端子3に接合された状態で、第1の半導体構成体11aの4辺部の各中央部およびその各外側における回路基板1の上方に搭載されている。
第3の半導体構成体11cは、その半田ボール22cが第1の半導体構成体11aの中央部に配置された配線17aの接続パッド部上面に接合された状態で、第1の半導体構成体11aの上面中央部に搭載されている。なお、上記各実施形態において、半田ボール22b、22cを用いずに、半田ペーストや導電性接着剤等からなる導電接合部材を用いるようにしてもよい。
この発明の第1実施形態としての半導体装置の実装構造の要部の平面図。 図1のII−II線に沿う断面図。 この発明の第2実施形態としての半導体装置の実装構造の図2同様の断面図。 この発明の第3実施形態としての半導体装置の実装構造の図3同様の断面図。 この発明の第4実施形態としての半導体装置の実装構造の図2同様の断面図。 この発明の第5実施形態としての半導体装置の実装構造の図2同様の断面図。
符号の説明
1 回路基板
2 凹部
3 接続端子
4 接着層
11a 第1の半導体構成体
11b 第2の半導体構成体
11c 第3の半導体構成体
12a、12b、12c シリコン基板
17a、17b、17c 配線
20a、20b、20c 柱状電極
21a、21b、21c 封止膜
22b、22c 半田ボール
31a、31b、31c オーバーコート膜

Claims (12)

  1. 上面において第1の半導体構成体埋設領域の周囲に複数の接続端子が設けられた回路基板と、前記回路基板の上面側の第1の半導体構成体埋設領域にフェースアップ方式で埋設され、半導体基板および該半導体基板上に設けられた複数の外部接続用電極を有する第1の半導体構成体と、前記第1の半導体構成体および前記回路基板の上方にフェースダウン方式で搭載され、半導体基板および該半導体基板下に設けられた複数の外部接続用電極を有する第2の半導体構成体とを備え、前記第2の半導体構成体の一部の外部接続用電極は前記第1の半導体構成体の外部接続用電極に導電接合部材を介して接合され、前記第2の半導体構成体の残りの外部接続用電極は前記回路基板の接続端子に導電接合部材を介して接合されていることを特徴とする半導体装置の実装構造。
  2. 請求項1に記載の発明において、前記第1の半導体構成体の上方において前記第2の半導体構成体の搭載領域以外の領域に、半導体基板および該半導体基板下に設けられた複数の外部接続用電極を有する第3の半導体構成体がフェースダウン方式で搭載され、前記第3の半導体構成体の外部接続用電極は前記第1の半導体構成体の外部接続用電極に導電接合部材を介して接合されていることを特徴とする半導体装置の実装構造。
  3. 請求項1に記載の発明において、前記第2の半導体構成体の平面サイズは前記第1の半導体構成体の平面サイズよりも大きくなっていることを特徴とする半導体装置の実装構造。
  4. 請求項1に記載の発明において、前記回路基板の上面側に前記第1の半導体構成体が複数個フェースアップ方式で埋設されていることを特徴とする半導体装置の実装構造。
  5. 請求項4に記載の発明において、前記第2の半導体構成体の平面サイズは前記第1の半導体構成体の平面サイズよりも大きくなっており、前記第2の半導体構成体の一部の外部接続用電極は全ての前記第1の半導体構成体の外部接続用電極に導電接合部材を介して接合されていることを特徴とする半導体装置の実装構造。
  6. 請求項1〜5のいずれかに記載の発明において、前記第1の半導体構成体および前記回路基板の上面は実質的に一面を形成していることを特徴とする半導体装置の実装構造。
  7. 請求項6に記載の発明において、前記第1の半導体構成体は前記回路基板の上面側に形成された凹部内に配置されていることを特徴とする半導体装置の実装構造。
  8. 請求項7に記載の発明において、前記第1の半導体構成体は前記回路基板の凹部内の底面に接着層を介して接着されていることを特徴とする半導体装置の実装構造。
  9. 請求項6に記載の発明において、前記第1の半導体構成体は前記回路基板の上面側に埋め込まれていることを特徴とする半導体装置の実装構造。
  10. 請求項6に記載の発明において、前記各導電接合部材は同一の大きさの半田ボールからなることを特徴とする半導体装置の実装構造。
  11. 請求項10に記載の発明において、前記各半導体構成体は、前記外部接続用電極としての柱状電極を有し、且つ、前記柱状電極間に設けられた封止膜を有することを特徴とする半導体装置の実装構造。
  12. 請求項10に記載の発明において、前記各半導体構成体は、前記外部接続用電極としての接続パッド部を有する配線を有し、且つ、前記配線の接続パッド部以外を覆うオーバーコート膜を有することを特徴とする半導体装置の実装構造。
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