JP2011071378A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device.
携帯電話、情報端末機器、モバイル機器などでは小型軽量化要求が強い。この要求に対応するために、積層形成された半導体チップが気密封止されたBGA(Ball Grid Array)、LGA(Land Grid Array)、スタックドMCP(Stacked Multi Chip Package)、TAB(Tape Automated Bonding)、CSP(Chip Size Package)、MCM(Multi Chip Module)などの半導体装置が使用される。回路基板と半導体チップ間、或いは積層形成される半導体チップ間は、半田バンプや金バンプを用いてバンプ接続される。各種電子機器の多機能化、複合化、小型化の進展に伴い、バンプ接続される信号及び電源本数が増加し、形状の異なる半田バンプや金バンプが使用されている(例えば、特許文献1参照。)。 There is a strong demand for miniaturization and weight reduction in cellular phones, information terminal devices, mobile devices, and the like. In order to meet this requirement, BGA (Ball Grid Array), LGA (Land Grid Array), stacked MCP (Stacked Multi Chip Package), TAB (Tape Automated Bonding), in which stacked semiconductor chips are hermetically sealed, Semiconductor devices such as CSP (Chip Size Package) and MCM (Multi Chip Module) are used. A bump connection is made between the circuit board and the semiconductor chip or between the stacked semiconductor chips using solder bumps or gold bumps. With the progress of multifunction, compounding, and miniaturization of various electronic devices, the number of signals connected to bumps and the number of power supplies increase, and solder bumps and gold bumps having different shapes are used (for example, see Patent Document 1). .)
特許文献1に記載される半導体装置では、半田バンプの形状が変化すると、半田バンプ高さが変化する。このため、形状の異なる半田バンプを有する半導体チップをフェースツーフェース(Face to Face)でバンプ接続した場合、半田バンプ間の間隔を一定にすることが困難となるという問題点がある。半田バンプ間の間隔を一定にできないと、近接配置される半田バンプの部分で余分な半田が外に広がり半導体装置のショート不良の危険性が増大する。
In the semiconductor device described in
本発明は、半田バンプの形状によらずフェースツーフェースで良好なバンプ接続することができる半導体装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of good bump connection face-to-face regardless of the shape of solder bumps.
本発明の一態様の半導体装置は、第1の絶縁膜の第1主面上に設けられる第1のチップ端子と、前記第1のチップ端子の第1主面上に設けられる第1の半田バンプと、前記第1の絶縁膜に形成される開口部を覆うように設けられ、前記第1のチップ端子よりも大きい第2のチップ端子と、前記第2のチップ端子の第1主面上に設けられ、前記第1の半田バンプよりも大きい第2の半田バンプとを有する第1のチップと、第2の絶縁膜の第1主面上に設けられる第3のチップ端子と、前記第3のチップ端子の第1主面上に設けられる第3の半田バンプと、前記第2の絶縁膜の第1主面上に設けられ、前記第3のチップ端子よりも大きい第4のチップ端子と、前記第4のチップ端子の第1主面上に設けられ、前記第3の半田バンプよりも大きい第4の半田バンプとを有する第2のチップとを具備し、前記第1の半田バンプと前記第3の半田バンプ、及び前記第2の半田バンプと前記第4の半田バンプがそれぞれフェースツーフェースでバンプ接合され、前記第1のチップと前記第2のチップが封止されていることを特徴とする。 The semiconductor device of one embodiment of the present invention includes a first chip terminal provided on the first main surface of the first insulating film, and a first solder provided on the first main surface of the first chip terminal. Bumps are provided so as to cover the openings formed in the first insulating film, the second chip terminals larger than the first chip terminals, and the first main surface of the second chip terminals A first chip having a second solder bump larger than the first solder bump, a third chip terminal provided on a first main surface of a second insulating film, and the first chip A third solder bump provided on the first main surface of the third chip terminal, and a fourth chip terminal provided on the first main surface of the second insulating film and larger than the third chip terminal Provided on the first main surface of the fourth chip terminal and larger than the third solder bump. A second chip having a plurality of solder bumps, wherein the first solder bump and the third solder bump, and the second solder bump and the fourth solder bump are bumped face-to-face, respectively. The first chip and the second chip are sealed and bonded.
更に、本発明の他態様の半導体装置は、第1の絶縁膜の第1主面上に設けられる第1のチップ端子と、前記第1のチップ端子の第1主面上に設けられる第1の半田バンプと、前記第1の絶縁膜に形成される第1の開口部を覆うように設けられ、前記第1のチップ端子よりも大きい第2のチップ端子と、前記第2のチップ端子の第1主面上に設けられ、前記第1の半田バンプよりも大きい第2の半田バンプとを有する第1のチップと、第2の絶縁膜の第1主面上に設けられる第3のチップ端子と、前記第3のチップ端子の第1主面上に設けられる第3の半田バンプと、前記第2の絶縁膜に形成される第2の開口部を覆うように設けられ、前記第3のチップ端子よりも大きい第4のチップ端子と、前記第4のチップ端子の第1主面上に設けられ、前記第3の半田バンプよりも大きい第4の半田バンプとを有する第2のチップとを具備し、前記第1の半田バンプと前記第3の半田バンプ、及び前記第2の半田バンプと前記第4の半田バンプがそれぞれフェースツーフェースでバンプ接合され、前記第1のチップと前記第2のチップが封止されていることを特徴とする。 Furthermore, a semiconductor device according to another aspect of the present invention includes a first chip terminal provided on the first main surface of the first insulating film, and a first chip provided on the first main surface of the first chip terminal. A solder bump and a first opening formed in the first insulating film so as to cover the second chip terminal larger than the first chip terminal, and the second chip terminal A first chip provided on the first main surface and having a second solder bump larger than the first solder bump, and a third chip provided on the first main surface of the second insulating film A terminal, a third solder bump provided on the first main surface of the third chip terminal, and a second opening formed in the second insulating film; A fourth chip terminal that is larger than the chip terminal, and a first main surface of the fourth chip terminal, And a second chip having a fourth solder bump larger than the third solder bump, the first solder bump, the third solder bump, the second solder bump, and the second solder bump. Each of the four solder bumps is bump-bonded face-to-face, and the first chip and the second chip are sealed.
本発明によれば、半田バンプの形状によらずフェースツーフェースで良好なバンプ接続することができる半導体装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a semiconductor device capable of performing good bump connection face-to-face regardless of the shape of solder bumps.
以下本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
まず、本発明の実施例1に係る半導体装置について、図面を参照して説明する。図1は半導体装置を示す平面図、図2は図1のA−A線に沿う半導体装置の断面図。本実施例では、半田バンプ面積に応じてチップ端子直下の開口部面積を可変し、半田バンプの高さを適宜調整している。
First, a semiconductor device according to
図1に示すように、半導体装置80には、回路基板1、第1のチップ(メモリチップ)2、第2のチップ(logicチップ)3、ボンディングワイヤ4、封止材5、接続端子Pad1、及びチップ端子Pad11が設けられる。半導体装置80は、フェースツーフェース(以降Face to Faceと呼称する)でバンプ接続されるBGA(Ball Grid Array)である。半導体装置80は、例えば携帯電話機器に使用される。
As shown in FIG. 1, the
第1のチップ(メモリチップ)2は、回路基板1の第1主面(表面)上に載置される。回路基板1の第1主面(表面)上に設けられる接続端子Pad1は、第1のチップ(メモリチップ)2の第1主面(表面)上に設けられるチップ端子Pad11とボンディングワイヤ4を介して電気的に接続される。第2のチップ(logicチップ)3は、第1のチップ(メモリチップ)2の第1主面(表面)上に、第1主面(表面)が第1のチップ(メモリチップ)2の第1主面(表面)と相対向するように載置される。第2のチップ(logicチップ)3は、Face to Faceで第1のチップ(メモリチップ)2とバンプ接続される。
The first chip (memory chip) 2 is placed on the first main surface (front surface) of the
回路基板1、第1のチップ(メモリチップ)2、及び第2のチップ(logicチップ)3は、矩形形状を有する。回路基板1は第1のチップ(メモリチップ)2よりも大きい。第1のチップ(メモリチップ)2は第2のチップ(logicチップ)3よりも大きい。
The
回路基板1の第1主面、第1のチップ(メモリチップ)2、第2のチップ(logicチップ)3、ボンディングワイヤ4接続端子Pad1、及びチップ端子Pad11は、封止材5で封止される。
The first main surface, the first chip (memory chip) 2, the second chip (logic chip) 3, the bonding wire 4
図2に示すように、回路基板1の第1主面(表面)上に接着層11を介して第1のチップ(メモリチップ)2が載置される。第1のチップ(メモリチップ)2は、接着層11により回路基板1に固定される。回路基板1の第1主面(表面)と相対向する第2主面(裏面)上には外部端子としてのボール端子6が複数設けられる。
As shown in FIG. 2, the first chip (memory chip) 2 is placed on the first main surface (front surface) of the
第1のチップ(メモリチップ)2には、シリコン基板20の第1主面(表面)上に図示しない絶縁膜を介して配線層22が設けられる。配線層22は、寸法の異なるパターンを有する。配線層22の両端側には絶縁膜21が設けられる。絶縁膜21及び配線層22の第1主面(表面)上には、絶縁膜23が設けられる。
In the first chip (memory chip) 2, a
絶縁膜23には、大きさの異なる開口部222Aと開口部222Bが設けられる。開口部222Bは、開口部222Aよりも大きい。開口部222Aは、直下の配線層22と同じ大きさを有する。開口部222Bは、直下の配線層22よりも小さく、且つ内側に形成される。開口部222Aには、配線層24が設けられる。開口部222Bには、電源端子26Bとして用いられる配線層24が開口部222Bを覆うように設けられる(配線層24の端部が絶縁膜23上にせり出すように設けられる)。
The
絶縁膜23の第1主面(表面)上に信号端子26Aとしての配線層24が設けられる。配線層24の両端側には絶縁膜25が設けられる。つまり、信号端子26Aは電源端子26Bよりも小さく、且つ絶縁膜23の第1主面(表面)上に設けられ、直下には開口部222Aが設けられていない。一方、電源端子26Bは信号端子26Aよりも大きく、且つ開口部222Bを覆うように設けられ、底部が信号端子26Aよりも高さが低くなっている。
A
第2のチップ(logicチップ)3には、シリコン基板30の第1主面(表面)上に図示しない絶縁膜を介して信号端子32Aとしての配線層22と電源端子32Bとしての配線層22が設けられる。配線層22の両端側には絶縁膜31が設けられる。電源端子32Bは信号端子32Aよりも大きい。第2のチップ(logicチップ)3の第1主面(表面)と相対向する第2主面(裏面)上には、封止材5が設けられる。
The second chip (logic chip) 3 includes a
第1のチップ(メモリチップ)2の信号端子26Aと第2のチップ(logicチップ)3の信号端子32Aは、半田接合部111AによりFace to Faceでバンプ接続される。第1のチップ(メモリチップ)2の電源端子26Bと第2のチップ(logicチップ)3の電源端子32Bは、半田接合部111BによりFace to Faceでバンプ接続される。半田接合部111A及び半田接合部111Bの周囲にはアンダーフィル樹脂12が充填される。
The
なお、第1のチップ(メモリチップ)2には図示しない接地端子が設けられる。接地端子は、信号端子よりも大きく、且つ直下に開口部が設けられる。第1のチップ(メモリチップ)2の接地端子と第2のチップ(logicチップ)3の接地端子は、図示しない半田接合部よりFace to Faceでバンプ接続される。半導体装置80に、形状に異なる半田接合部を複数設ける理由は、電子機器の多機能化、複合化、小型化の進展に伴い、バンプ接続される信号及び電源本数の増加に対応するためである。信号端子には、比較的少ない電流が流れ、電源端子や接地端子には比較的大きい電流が流れる。このため、信号端子の形状やピッチを小さくすることにより、信号端子数を増大させることができる。
The first chip (memory chip) 2 is provided with a ground terminal (not shown). The ground terminal is larger than the signal terminal, and an opening is provided immediately below. The ground terminal of the first chip (memory chip) 2 and the ground terminal of the second chip (logic chip) 3 are bump-connected by face-to-face from a solder joint (not shown). The reason why a plurality of solder joints having different shapes are provided in the
ここで、ボール端子6には、Pb(鉛)フリー半田を用いているが、金(Au)などを代わりに用いてもよい。回路基板1は、積層形成されるガラスエポキシ基板(ガラエポ基板とも呼称される)を用いている。配線層22には、Al(アルミニウム)配線を用いている。配線層24には、Cu(銅)配線を用いている。
Here, Pb (lead) free solder is used for the ball terminal 6, but gold (Au) or the like may be used instead. The
次に、半田バンプの形状について図3乃至図6を参照して説明する。図3は半田バンプの形状を説明する断面図、図4は半田バンプ高さと半田バンプ幅の関係を示す図、図5はチップ端子直下に開口部を設けた場合の半田バンプの形状を説明する断面図、図6は半田バンプ高さと開口部の関係を示す図である。 Next, the shape of the solder bump will be described with reference to FIGS. 3 is a cross-sectional view illustrating the shape of the solder bump, FIG. 4 is a diagram illustrating the relationship between the solder bump height and the solder bump width, and FIG. 5 is a diagram illustrating the shape of the solder bump when an opening is provided immediately below the chip terminal. FIG. 6 is a sectional view showing the relationship between the solder bump height and the opening.
図3に示すように、チップ端子上に、例えばメッキ法で形成された半田をリフロー加熱し、半田バンプを形成した場合、半田バンプ幅が変化すると半田バンプ高さも変化する(ここでは、半田バンプ長は一定としている)。半田バンプ幅W1、半田バンプ幅W2、半田バンプ幅W3の関係が、
W1<W2<W3・・・・・・・・・・・・・・・・式(1)
と設定されると、
半田バンプ高さH1、半田バンプ高さH2、半田バンプ高さH3の関係が、
H1<H2<H3・・・・・・・・・・・・・・・・式(2)
となる。
As shown in FIG. 3, when solder bumps are formed on a chip terminal by reflow heating, for example, by plating, the solder bump height changes as the solder bump width changes (here, the solder bumps). The length is constant). The relationship between the solder bump width W1, the solder bump width W2, and the solder bump width W3 is
W1 <W2 <W3 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Formula (1)
Is set,
The relationship between the solder bump height H1, the solder bump height H2, and the solder bump height H3 is
H1 <H2 <H3 ... Formula (2)
It becomes.
なお、メッキ法以外、例えば半田ペーストや半田蒸着法の用いた場合でも同様な傾向があり、チップ端子が大きくなると半田バンプが高くなる。 In addition to the plating method, there is a similar tendency even when, for example, a solder paste or a solder vapor deposition method is used, and the solder bump becomes higher as the chip terminal becomes larger.
図4に示すように、半田バンプ幅或いは半田バンプ面積が比較的大きな領域では、半田バンプ高さが一定である。半田バンプ幅或いは半田バンプ面積が徐々に小さくなると、半田バンプ高さが低下し始める。半田バンプ幅が例えば、20μになると、半田バンプ幅が大きな領域(例えば、100μm)と比較して半田バンプ高さが2.5μm低下する。半田バンプ幅が20μm以下になると、半田バンプ高さはより低下する。 As shown in FIG. 4, the solder bump height is constant in a region where the solder bump width or the solder bump area is relatively large. As the solder bump width or solder bump area gradually decreases, the solder bump height begins to decrease. When the solder bump width is 20 μm, for example, the solder bump height is reduced by 2.5 μm compared to a region having a large solder bump width (for example, 100 μm). When the solder bump width is 20 μm or less, the solder bump height is further reduced.
本実施例では、比較的面積の大きな電源端子には直下に開口部を設けている。図5に示すように、開口部幅を変化させると半田バンプ高さが変化する(ここでは、開口部長は一定としている)。半田バンプ幅Wa、開口部幅W11、開口部幅W12、開口部幅W13の関係が、
Wa>W11>W12>W13・・・・・・・・・・・・式(3)
と設定されると、
半田バンプ高さH11、半田バンプ高さH12、半田バンプ高さH13の関係が、
H11<H12<H13・・・・・・・・・・・・・・・式(4)
となる。
In this embodiment, the power supply terminal having a relatively large area is provided with an opening immediately below. As shown in FIG. 5, when the opening width is changed, the solder bump height changes (here, the opening length is constant). The relationship among the solder bump width Wa, the opening width W11, the opening width W12, and the opening width W13 is as follows.
Wa>W11>W12> W13 ... Formula (3)
Is set,
The relationship between the solder bump height H11, the solder bump height H12, and the solder bump height H13 is
H11 <H12 <H13 ... Formula (4)
It becomes.
図6に示すように、開口部が設けられていない電源端子部の半田バンプ高さが一番高い。開口部幅或いは開口部面積を徐々に大きくすると電源端子部の半田バンプ高さが低下する。開口部幅或いは開口部面積が電源端子幅或いは電源端子面積よりも大きく(開口部に電源端子が埋設された場合)なると半田バンプ高さは一定となる。つまり、比較的大きな電源端子に開口部を設けることにより、半田バンプ高さを任意に下げることが可能となる。 As shown in FIG. 6, the height of the solder bump of the power supply terminal portion where no opening is provided is the highest. When the opening width or opening area is gradually increased, the solder bump height of the power supply terminal portion is lowered. When the opening width or the opening area is larger than the power supply terminal width or the power supply terminal area (when the power supply terminal is embedded in the opening), the solder bump height becomes constant. That is, by providing an opening in a relatively large power supply terminal, the height of the solder bump can be arbitrarily reduced.
次に、半導体装置の製造方法について図7乃至11を参照して説明する。図7乃至11は半導体装置の製造工程を示す断面図である。 Next, a method for manufacturing a semiconductor device will be described with reference to FIGS. 7 to 11 are cross-sectional views showing the manufacturing process of the semiconductor device.
図7に示すように、まず、前工程(ウェハ製造工程)が終了した第1のウェハ(メモリウェハ)41を用意する。第1のウェハ(メモリウェハ)41では、シリコン基板20の第1主面(表面)上に図示しない絶縁膜を介して形状の異なる配線層22が複数設けられる。配線層22の両端側には絶縁膜21が設けられる。絶縁膜21には、第1のウェハ(メモリウェハ)41の表面を保護する保護膜である、例えばプラズマシリコン窒化膜(P−SiN膜)を用いている。
As shown in FIG. 7, first, a first wafer (memory wafer) 41 that has completed the previous process (wafer manufacturing process) is prepared. In the first wafer (memory wafer) 41, a plurality of wiring layers 22 having different shapes are provided on the first main surface (front surface) of the
次に、図8に示すように、絶縁膜21の第1主面(表面)上に絶縁膜23を形成する。配線層22の第1主面(表面)上の絶縁膜23に開口部を設ける。比較的形状の小さい配線層22の第1主面(表面)上には開口部222Aを設ける。比較的形状の大きい配線層22の第1主面(表面)上には、配線層22よりも小さな開口部222Bを設ける。絶縁膜23には、例えばポリイミド膜を用いている。開口部形成後、レジスト膜(メッキ対応)42を選択的に形成する。
Next, as shown in FIG. 8, the insulating
開口部222Aには、レジスト膜(メッキ対応)42をマスクとして配線層24を埋め込むように形成する。絶縁膜23の第1主面(表面)上には、信号端子26Aとしての配線層24を形成する。開口部222Bには、開口部222Bを覆うように電源端子26Bとしての配線層24を設ける。
In the
ここで、配線層24は、例えば回路基板1の接続端子Pad1を伝送する信号を第1のチップ(メモリチップ)2を介して第2のチップ(Logicチップ)3に伝達する。配線層24は、例えば回路基板1の接続端子Pad1を伝送する信号を第1のチップ(メモリチップ)2から第2のチップ(Logicチップ)3を介して、再度第1のチップ(メモリチップ)2に伝達する。配線層24は、配線層22とは異なる材料を用いている。配線層24には、例えばTi(チタン)/Cu(銅)を用いている。Ti(チタン)はバリアメタル膜であり、代わりにTiN(窒化チタン)などを用いてもよい。Cu(銅)は、電界メッキ法を用いて形成しているが、代わりに無電界メッキ法を用いてもよい。
Here, the
続いて、図9に示すように、レジスト膜(メッキ対応)42を剥離し、配線層24の両端側に絶縁膜25を形成する。絶縁膜25には、例えばポリイミド膜を用いている。
Subsequently, as shown in FIG. 9, the resist film (for plating) 42 is peeled off, and insulating
絶縁膜25形成後、レジスト膜(メッキ対応)43を選択的に形成し、信号端子26A及び電源端子26Bの第1主面(表面)上に半田51を形成する。半田51には、例えばTi(チタン)/Cu(銅)/Sn(錫)を用いている。Ti(チタン)はバリアメタル膜である。Cu(銅)及びSn(錫)は、電界メッキ法を用いて形成しているが、代わりに無電界メッキ法を用いてもよい。また、Ti(チタン)とCu(銅)の間に、Cu(銅)/Ni(ニッケル)などを挿入してもよい。
After the insulating
そして、図10に示すように、レジスト膜(メッキ対応)43を剥離する。半田51をリフロー加熱させて信号端子26Aの第1主面(表面)上に半田バンプ52A、電源端子26Bの第1主面(表面)上に半田バンプ52Bを形成する。
Then, as shown in FIG. 10, the resist film (corresponding to plating) 43 is peeled off. The
このとき、電源端子26Bには、開口部222Bが設けられているので、半田バンプ52Aの半田バンプ高さH21、半田バンプ52Bの半田バンプ高さH22、高低差ΔH1の関係が、
H21=H22+ΔH1・・・・・・・・・・・・・・・式(5)
となる。つまり、電源端子26B上の半田バンプ52Bが信号端子26A上の半田バンプ52Aよりも低く設定される。
At this time, since the
H21 = H22 + ΔH1 ... Formula (5)
It becomes. That is, the
一方、図示しないが前工程(ウェハ製造工程)が終了した第2のウェハ(logicウェハ)では、形状の大きな電源端子には開口部が設けられていないので、はんだバンプ形成後、電源端子上の半田バンプ高さが高くなる。 On the other hand, in the second wafer (logic wafer), which is not shown, but the pre-process (wafer manufacturing process) is completed, the large-sized power supply terminal is not provided with an opening. Solder bump height increases.
次に、図11に示すように、半田バンプが形成された第1のウェハ(メモリウェハ)41をダイシング処理により、個片化して第1のチップ(メモリチップ)2を形成する。半田バンプが形成された第2のウェハ(logicウェハ)をダイシング処理により、個片化して第2のチップ(logicチップ)3を形成する。 Next, as shown in FIG. 11, the first wafer (memory wafer) 41 on which the solder bumps are formed is separated into pieces by a dicing process to form the first chip (memory chip) 2. The second wafer (logic wafer) on which the solder bumps are formed is separated into pieces by a dicing process to form a second chip (logic chip) 3.
個片化された第1のチップ(メモリチップ)2は、回路基板1の第1主面(表面)上に接着層11により載置され、固定される。回路基板1に載置された第1のチップ(メモリチップ)2と個片化された第2のチップ(logicチップ)3をFace to Faceで相対向するように配置する。このとき、第2のチップ(logicチップ)3の信号端子32A上の半田バンプの半田バンプ高さH31、電源端子32B上の半田バンプの半田バンプ高さH32の関係が、
H32−H31=ΔH1・・・・・・・・・・・・・・・式(6)
に設定されている。このため、半田バンプ高さH21、半田バンプ高さH22、半田バンプ高さH31、半田バンプ高さH32の関係が、
H21+H31=H22+H32・・・・・・・・・・・・式(7)
に設定される。したがって、信号端子の半田バンプの接触部と電源端子の半田バンプの接触部が、半田バンプを接触された場合つぶされることなく良好に接触することができるので、半田接合時に余分な半田が流れ出すことがない。
The separated first chip (memory chip) 2 is placed on the first main surface (front surface) of the
H32−H31 = ΔH1 Expression (6)
Is set to Therefore, the relationship between the solder bump height H21, the solder bump height H22, the solder bump height H31, and the solder bump height H32 is
H21 + H31 = H22 + H32 ... Formula (7)
Set to Therefore, the contact part of the solder bump of the signal terminal and the contact part of the solder bump of the power supply terminal can be satisfactorily contacted without being crushed when the solder bump is contacted, so that excess solder flows out during solder joining. There is no.
続いて、図示していないが、半田を溶融(例えば、半田リフロー処理)させて半田接合部111A及び半田接合部111Bを形成する。回路基板1の接続端子Pad1と第1のチップ(メモリチップ)2のチップ端子Pad11をボンディングワイヤ4で接続する。第1のチップ(メモリチップ)2と第2のチップ(logicチップ)3の間の空隙部にアンダーフィル樹脂12を充填する。回路基板1の第1主面(表面)、接続端子Pad1、第1のチップ(メモリチップ)2、第2のチップ(logicチップ)3を封止する封止材5を形成する。封止材5形成後、回路基板1の第1主面(表面)と相対向する第2主面(裏面)上にボール端子6を形成する。
Subsequently, although not shown, the solder is melted (for example, solder reflow process) to form the solder joint 111A and the solder joint 111B. The
上述したように、本実施例の半導体装置では、第1の絶縁膜上に設けられる信号端子26Aと、信号端子26A上に設けられる半田バンプ52Aと、第1の絶縁膜上に形成される開口部222Bを覆うように設けられ、信号端子26Aよりも大きな電源端子26Bと、電源端子26B上に設けられる半田バンプ52Bとを有し、回路基板1上に接着層11を介して載置される第1のチップ2と、第2の絶縁膜上に設けられる信号端子32Aと、信号端子32A上に設けられる半田バンプ53Aと、第1の絶縁膜上に設けられ、信号端子32Aよりも大きな電源端子32Bと、電源端子32B上に設けられる半田バンプ53Bとを有する第2のチップ3とを具備する。信号端子26A上の半田バンプ52Aと信号端子32Aの半田バンプ53Aが相対向して配置される。電源端子26B上の半田バンプ52Bと電源端子32B上の半田バンプ53Bが相対向して配置される。半田バンプ52Aと半田バンプ52Bの高低差は、半田バンプ53Bと半田バンプ53Aの高低差と同じ値に設定される。第1のチップ2と第2のチップ3がFace to Faceで半田接合される。
As described above, in the semiconductor device of this embodiment, the
このため、半田バンプ形状が異なっても半田バンプ間の間隔を一定にすることができる。したがって、半田接合した場合、半田バンプの部分で余分な半田が外に広がることがないので半田起因による半導体装置80のショート不良を防止することができる。
For this reason, even if the solder bump shapes are different, the interval between the solder bumps can be made constant. Therefore, when solder bonding is performed, excess solder does not spread outside at the solder bump portion, so that short circuit failure of the
なお、本実施例では、半田バンプをSn(錫)−Cu(銅)系Pb(鉛)フリー半田を用いているが、代わりにSn(錫)−Ag(銀)系のPb(鉛)フリー半田、Sn(錫)−Zn(亜鉛)系のPb(鉛)フリー半田、Sn(錫)−Bi(ビスマス)系のPb(鉛)フリー半田、或いはSn(錫)Pb(鉛)共晶半田などを用いてもよい。 In this embodiment, Sn (tin) -Cu (copper) -based Pb (lead) -free solder is used for the solder bumps, but Sn (tin) -Ag (silver) -based Pb (lead) -free solder is used instead. Solder, Sn (tin) -Zn (zinc) -based Pb (lead) -free solder, Sn (tin) -Bi (bismuth) -based Pb (lead) -free solder, or Sn (tin) -Pb (lead) eutectic solder Etc. may be used.
また、回路基板1上の第1のチップ(メモリチップ)2側に開口部を設け、電源端子上の半田バンプの高さを低くしているが、代わりに第2のチップ(logicチップ)側に開口部を設け、電源端子上の半田バンプの高さを低くしてもよい。
In addition, an opening is provided on the first chip (memory chip) 2 side on the
また、半田をメッキ法で形成しているが、代わりに半田ペーストを用いたり、或いは蒸着法を用いてもよい。 Moreover, although the solder is formed by the plating method, a solder paste may be used instead, or a vapor deposition method may be used.
更に、半導体装置80では半導体チップがFace to Faceでバンプ接続されるBGAを使用しているが、代わりにLGA(Land Grid Array)、TAB(Tape Automated Bonding)、CSP(Chip Size Package)、MCM(Multi Chip Module)などに適用してもよい。
Further, the
次に、本発明の実施例2に係る半導体装置について、図面を参照して説明する。図12は半導体装置を示す断面図である。本実施例では、Face to Faceでバンプ接合される2つの半導体チップにおいて、半田バンプ面積に応じてチップ端子直下の開口部面積を可変し、半田バンプの高さを適宜調整している。
Next, a semiconductor device according to
以下、実施例1と同一構成部分には、同一符号を付してその部分の説明を省略し、異なる部分のみ説明する。 In the following, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted, and only different portions are described.
図12に示すように、半導体装置81は、Face to Faceでバンプ接続されるBGA(Ball Grid Array)である。半導体装置81は、例えば携帯電話機器に使用される。
As shown in FIG. 12, the
第1のチップ(ASICチップ)2aは、回路基板1の第1主面(表面)上に接着層11を介して載置される。接着層11は、第1のチップ(ASICチップ)2aを回路基板1に固定する。
The first chip (ASIC chip) 2 a is placed on the first main surface (front surface) of the
第1のチップ(ASICチップ)2aには、シリコン基板20の第1主面(表面)上に図示しない絶縁膜を介して配線層22が設けられる。配線層22は、寸法の異なるパターンを有する。配線層22の両端側には絶縁膜21が設けられる。配線層22及び絶縁膜21の第1主面(表面)上には絶縁膜23が設けられる。絶縁膜23には、大きさの異なる開口部222Aと開口部222Cが設けられる。開口部222Cは、開口部222Aよりも大きく、且つ実施例1の開口部22Bよりも小さい。開口部222Cは、直下の配線層22よりも小さく、且つ配線層22の端部よりも内側に形成される。開口部222Cには、電源端子26Bとして用いられる配線層24が開口部222Cを覆うように設けられる(配線層24の端部が絶縁膜23上にせり出すように設けられる)。
In the first chip (ASIC chip) 2a, a
第2のチップ(メモリチップ)3aには、シリコン基板30の第1主面(表面)上に図示しない絶縁膜を介して形状の異なる配線層22aが設けられる。配線層22aの両端側には、絶縁膜31が設けられる。配線層22a及び絶縁膜31の第1主面(表面)上には、絶縁膜23aが設けられる。絶縁膜23aには、開口部223Aと開口部223Cが設けられる。開口部223Aは、比較的形状の小さい配線層22a上に設けられる。開口部223Cは、比較的形状の大きい配線層22a上の内側に設けられる。開口部223Cは開口部222Aよりも大きい。
In the second chip (memory chip) 3a,
開口部223Aには、配線層24aが設けられる。絶縁膜23aの第1主面(表面)上には、信号端子26AAとしての配線層24aが設けられる。開口部223Cには、電源端子26BBとしての配線層24aが開口部223Cを覆うように設けられる(端部が絶縁膜23a上に設けられる)。配線層24aの両端側には絶縁膜25aが設けられる。
A
第1のチップ(ASICチップ)2aの信号端子26Aと第2のチップ(メモリチップ)3aの信号端子26AAは、半田接合部111AAによりFace to Faceでバンプ接続される。第1のチップ(ASICチップ)2aの電源端子26Bと第2のチップ(メモリチップ)3aの電源端子26BBは、半田接合部111BBによりFace to Faceでバンプ接続される。
The
なお、第1のチップ(ASICチップ)2aの図示しない接地端子も信号端子よりも大きく、且つ直下に開口部が設けられる。第2のチップ(メモリチップ)3aの図示しない接地端子も信号端子よりも大きく、且つ直下に開口部が設けられる。第1のチップ(ASICチップ)2aの接地端子と第2のチップ(メモリチップ)3aの接地端子は、図示しない半田接合部よりFace to Faceでバンプ接続される。 Note that a ground terminal (not shown) of the first chip (ASIC chip) 2a is also larger than the signal terminal, and an opening is provided immediately below. A ground terminal (not shown) of the second chip (memory chip) 3a is also larger than the signal terminal, and an opening is provided immediately below. The ground terminal of the first chip (ASIC chip) 2a and the ground terminal of the second chip (memory chip) 3a are bump-connected by face-to-face from a solder joint (not shown).
次に、半導体装置の製造方法について図13を参照して説明する。図13は半導体装置の製造工程を示す断面図である。半導体装置81では、第1のチップ(ASICチップ)2aと第2のチップ(メモリチップ)3aが実施例1の第1の半導体チップ2と同様な方法で製造される。
Next, a method for manufacturing a semiconductor device will be described with reference to FIG. FIG. 13 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device. In the
図13に示すように、半田バンプが形成された第1のウェハ(ASICウェハ)をダイシング処理により、個片化して第1のチップ(ASICチップ)2aを形成する。半田バンプが形成された第2のウェハ(メモリウェハ)をダイシング処理により、個片化して第2のチップ(メモリチップ)3aを形成する。 As shown in FIG. 13, the first wafer (ASIC wafer) on which the solder bumps are formed is separated into pieces by a dicing process to form a first chip (ASIC chip) 2a. The second wafer (memory wafer) on which the solder bumps are formed is separated into pieces by a dicing process to form a second chip (memory chip) 3a.
個片化された第1のチップ(ASICチップ)2aは、回路基板1の第1主面(表面)上に接着層11により載置され、固定される。回路基板1に載置された第1のチップ(ASICチップ)2aと個片化された第2のチップ(メモリチップ)3aをFace to Faceで相対向するように配置する。このとき、電源端子26B上の半田バンプ52Bを信号端子26A上の信号端子52Aと同一な高さになるように、第1のチップ(ASICチップ)2aの開口部222Cの面積を設定している。電源端子26BB上の半田バンプ52BBを信号端子26AA上の信号端子52AAと同一な高さになるように、第2のチップ(メモリチップ)3aの開口部223Cの面積を設定している。
The separated first chip (ASIC chip) 2 a is placed on the first main surface (front surface) of the
この設定により、信号端子の半田バンプの接触部と電源端子の半田バンプの接触部が、半田バンプを接触した場合つぶされることなく良好に接触することができるので、半田接合時での余分な半田が流れ出すことがない。 With this setting, the contact part of the solder bump of the signal terminal and the contact part of the solder bump of the power supply terminal can be satisfactorily contacted without being crushed when the solder bump is contacted. Will not flow out.
上述したように、本実施例の半導体装置では、第1の絶縁膜上に設けられる信号端子26Aと、信号端子26A上に設けられる半田バンプ52Aと、第1の絶縁膜上に形成される開口部222Cを覆うように設けられ、信号端子26Aよりも大きな電源端子26Bと、電源端子26B上に設けられる半田バンプ52Bとを有し、回路基板1上に接着層11を介して載置される第1のチップ2aと、第2の絶縁膜上に設けられる信号端子26AAと、信号端子26AA上に設けられる半田バンプ52AAと、第1の絶縁膜上に形成される開口部223Cを覆うように設けられ、信号端子26AAよりも大きな電源端子26BBと、電源端子26BB上に設けられる半田バンプ52BBとを有する第2のチップ3aとを具備する。信号端子26A上の半田バンプ52Aと信号端子26AAの半田バンプ52AAが相対向して配置される。電源端子26B上の半田バンプ52Bと電源端子26BB上の半田バンプ52BBが相対向して配置される。半田バンプ52Aと半田バンプ52Bは同じ高さに設定される。半田バンプ52AAと半田バンプ52BBは同じ高さに設定される。第1のチップ2aと第2のチップ3aがFace to Faceで半田接合される。
As described above, in the semiconductor device of this embodiment, the
このため、半田バンプの形状が異なっても半田バンプ間の間隔を一定にすることができる。したがって、半田接合した場合、半田バンプの部分で余分な半田が外に広がることがないので半田起因による半導体装置81のショート不良を防止することができる。
For this reason, even if the shape of the solder bumps is different, the interval between the solder bumps can be made constant. Therefore, when solder bonding is performed, excess solder does not spread outside at the solder bump portion, so that short circuit failure of the
本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々、変更してもよい。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications may be made without departing from the spirit of the invention.
例えば、実施例1では、第1のウェハ(メモリ)41の前工程(ウェハ製造工程)後に、Cu(銅)配線を用いて信号端子26Aや電源端子26Bを設けているが、第1のウェハ(メモリ)41の前工程中で最上層のAl(アルミニウム)配線で信号端子や電源端子を形成してもよい。この場合、電源端子直下に開口部を設け、電源端子の中央部を信号端子よりも低くするのがよい。また、半導体装置を携帯電話機器に用いているが、情報端末機器、モバイル機器などにも使用できる。また、チップ端子直下に開口部が設けられる第1のチップとTSV( 貫通電極)を有する第2のチップがFace to Backでバンプ接続される半導体装置にも適用できる。
For example, in the first embodiment, after the first process (wafer manufacturing process) of the first wafer (memory) 41, the
本発明は、以下の付記に記載されているような構成が考えられる。
(付記1) 第1の絶縁膜の第1主面上に設けられる第1のチップ端子と、前記第1のチップ端子の第1主面上に設けられる第1の半田バンプと、前記第1の絶縁膜に形成される開口部を覆うように設けられ、前記第1のチップ端子よりも幅或いは面積が大きい第2のチップ端子と、前記第2のチップ端子の第1主面上に設けられ、前記第1の半田バンプよりも幅或いは面積が大きい第2の半田バンプとを有する第1のチップと、第2の絶縁膜の第1主面上に設けられる第3のチップ端子と、前記第3のチップ端子の第1主面上に設けられる第3の半田バンプと、前記第2の絶縁膜の第1主面上に設けられ、前記第3のチップ端子よりも幅或いは面積が大きい第4のチップ端子と、前記第4のチップ端子の第1主面上に設けられ、前記第3の半田バンプよりも幅或いは面積が大きい第4の半田バンプとを有する第2のチップと、第1主面が、前記第1のチップの第1主面と相対向する第2主面と接着層を介して接着され、接続端子が前記第1のチップの第5のチップ端子とボンディングワイヤを介して電気的に接続される回路基板と、前記回路基板の第1主面、前記第1のチップ、及び前記第2のチップを覆うように設けられる封止材とを具備し、前記第1の半田バンプと前記第3の半田バンプ、及び前記第2の半田バンプと前記第4の半田バンプがそれぞれフェースツーフェースでバンプ接合される半導体装置。
The present invention can be configured as described in the following supplementary notes.
(Appendix 1) A first chip terminal provided on the first main surface of the first insulating film, a first solder bump provided on the first main surface of the first chip terminal, and the first A second chip terminal having a width or an area larger than that of the first chip terminal and a first main surface of the second chip terminal. A first chip having a second solder bump having a width or area larger than that of the first solder bump, a third chip terminal provided on the first main surface of the second insulating film, Third solder bumps provided on the first main surface of the third chip terminal and provided on the first main surface of the second insulating film, and having a width or an area larger than that of the third chip terminal. A fourth chip terminal which is large and provided on the first main surface of the fourth chip terminal; A second chip having a fourth solder bump having a larger width or area than the field bump, and a first main surface and an adhesive layer that is opposite to the first main surface of the first chip; A circuit board that is bonded via a connection terminal and electrically connected to a fifth chip terminal of the first chip via a bonding wire, a first main surface of the circuit board, and the first chip And a sealing material provided so as to cover the second chip, the first solder bump and the third solder bump, and the second solder bump and the fourth solder bump. Each semiconductor device is bump-bonded face-to-face.
(付記2) 前記半田バンプは、Sn(錫)−Cu(銅)系半田、Sn(錫)−Ag(銀)系半田、Sn(錫)−Zn(亜鉛)系半田、Sn(錫)−Bi(ビスマス)系半田、或いはSn(錫)Pb(鉛)共晶半田から構成される付記1に記載の半導体装置。
(Appendix 2) The solder bumps are Sn (tin) -Cu (copper) based solder, Sn (tin) -Ag (silver) based solder, Sn (tin) -Zn (zinc) based solder, Sn (tin)- The semiconductor device according to
(付記3) 前記半導体装置は、BGA、LGA、スタックドMCP、MCM、或いはTABである付記1又は2に記載の半導体装置。
(Additional remark 3) The said semiconductor device is a semiconductor device of
(付記4) 前記半田バンプと前記チップ端子の間には、バリアメタルが設けられる付記1乃至3いずれかに記載の半導体装置。
(Supplementary note 4) The semiconductor device according to any one of
1 回路基板
2 第1のチップ(メモリチップ)
2a 第1のチップ(ASICチップ)
3 第2のチップ(logicチップ)
3a 第2のチップ(メモリチップ)
4 ボンディングワイヤ
5 封止材
6 ボール端子
11 接着層
12 アンダーフィル樹脂
20、30 シリコン基板
21、23、23a、25、25a、31 絶縁膜
22、22a、24、24a 配線層
26A、26AA、32A 信号端子
26B、26BB、32B 電源端子
41 第1のウェハ(メモリウエハ)
42、43 レジスト膜(メッキ対応)
51 半田
52A、52AA、52B、52BB、53A、53B 半田バンプ
80、81 半導体装置
111A、111AA、111B、111BB 半田接合部
222A、222B、222C、223A、223B 開口部
H1〜H3、H11〜H13、H21、H22、H31、H32 半田バンプ高さ
W1〜W3、W11〜W13 半田バンプ幅
Wa 半田バンプ幅
Pad1 接続端子
Pad11 接続端子
ΔH1 高低差
1
2a First chip (ASIC chip)
3 Second chip (logic chip)
3a Second chip (memory chip)
4
42, 43 Resist film (for plating)
51
Claims (5)
第2の絶縁膜の第1主面上に設けられる第3のチップ端子と、前記第3のチップ端子の第1主面上に設けられる第3の半田バンプと、前記第2の絶縁膜の第1主面上に設けられ、前記第3のチップ端子よりも大きい第4のチップ端子と、前記第4のチップ端子の第1主面上に設けられ、前記第3の半田バンプよりも大きい第4の半田バンプとを有する第2のチップと、
を具備し、前記第1の半田バンプと前記第3の半田バンプ、及び前記第2の半田バンプと前記第4の半田バンプがそれぞれフェースツーフェースでバンプ接合され、前記第1のチップと前記第2のチップが封止されていることを特徴とする半導体装置。 A first chip terminal provided on the first main surface of the first insulating film, a first solder bump provided on the first main surface of the first chip terminal, and the first insulating film A second chip terminal larger than the first chip terminal; and a first main surface of the second chip terminal, the first solder bump being provided to cover the opening to be formed. A first chip having a second solder bump larger than the first chip;
A third chip terminal provided on the first main surface of the second insulating film, a third solder bump provided on the first main surface of the third chip terminal, and the second insulating film. A fourth chip terminal provided on the first main surface and larger than the third chip terminal, and provided on the first main surface of the fourth chip terminal and larger than the third solder bump. A second chip having a fourth solder bump;
The first solder bump and the third solder bump, and the second solder bump and the fourth solder bump are bump-bonded face-to-face, respectively, and the first chip and the first solder bump are bonded. 2. A semiconductor device, wherein two chips are sealed.
第2の絶縁膜の第1主面上に設けられる第3のチップ端子と、前記第3のチップ端子の第1主面上に設けられる第3の半田バンプと、前記第2の絶縁膜に形成される第2の開口部を覆うように設けられ、前記第3のチップ端子よりも大きい第4のチップ端子と、前記第4のチップ端子の第1主面上に設けられ、前記第3の半田バンプよりも大きい第4の半田バンプとを有する第2のチップと、
を具備し、前記第1の半田バンプと前記第3の半田バンプ、及び前記第2の半田バンプと前記第4の半田バンプがそれぞれフェースツーフェースでバンプ接合され、前記第1のチップと前記第2のチップが封止されていることを特徴とする半導体装置。 A first chip terminal provided on the first main surface of the first insulating film, a first solder bump provided on the first main surface of the first chip terminal, and the first insulating film A second chip terminal larger than the first chip terminal; and a first main surface of the second chip terminal, the first chip terminal being formed so as to cover the first opening formed. A first chip having a second solder bump larger than the first solder bump;
A third chip terminal provided on the first main surface of the second insulating film, a third solder bump provided on the first main surface of the third chip terminal, and the second insulating film A fourth chip terminal larger than the third chip terminal, provided on the first main surface of the fourth chip terminal, and so as to cover the second opening to be formed; A second chip having a fourth solder bump larger than the solder bump of
The first solder bump and the third solder bump, and the second solder bump and the fourth solder bump are bump-bonded face-to-face, respectively, and the first chip and the first solder bump are bonded. 2. A semiconductor device, wherein two chips are sealed.
前記第1のチップ端子の第1主面上に設けられる第1の半田バンプと、
前記第1の絶縁膜に形成される開口部を覆うように設けられ、前記第1のチップ端子よりも大きい第2のチップ端子と、
前記第2のチップ端子の第1主面上に設けられ、前記第1の半田バンプより大きい第2の半田バンプと、
を具備することを特徴とする半導体装置。 A first chip terminal provided on a first main surface of a semiconductor wafer via a first insulating film;
A first solder bump provided on the first main surface of the first chip terminal;
A second chip terminal that is provided so as to cover an opening formed in the first insulating film and is larger than the first chip terminal;
A second solder bump provided on the first main surface of the second chip terminal and larger than the first solder bump;
A semiconductor device comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009221977A JP2011071378A (en) | 2009-09-28 | 2009-09-28 | Semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2009221977A JP2011071378A (en) | 2009-09-28 | 2009-09-28 | Semiconductor device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2011071378A true JP2011071378A (en) | 2011-04-07 |
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ID=44016345
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2009221977A Pending JP2011071378A (en) | 2009-09-28 | 2009-09-28 | Semiconductor device |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014132635A (en) * | 2012-12-05 | 2014-07-17 | Murata Mfg Co Ltd | Electronic component with bump and manufacturing method of electronic component with bump |
-
2009
- 2009-09-28 JP JP2009221977A patent/JP2011071378A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2014132635A (en) * | 2012-12-05 | 2014-07-17 | Murata Mfg Co Ltd | Electronic component with bump and manufacturing method of electronic component with bump |
US9343360B2 (en) | 2012-12-05 | 2016-05-17 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Bump-equipped electronic component and method for manufacturing bump-equipped electronic component |
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RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
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