JP3486236B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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JP3486236B2
JP3486236B2 JP22830094A JP22830094A JP3486236B2 JP 3486236 B2 JP3486236 B2 JP 3486236B2 JP 22830094 A JP22830094 A JP 22830094A JP 22830094 A JP22830094 A JP 22830094A JP 3486236 B2 JP3486236 B2 JP 3486236B2
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semiconductor chip
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    • H01L2224/48227Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation connecting the wire to a bond pad of the item

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  • Wire Bonding (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置及びその製造
方法に関し、更に詳細には半導体装置用パッケージに半
導体チップが搭載された半導体装置及びその製造方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】TAB(Tape Automated Bonding)テープ
は、ポリイミド等の耐熱性の支持フィルム上に銅箔によ
り回路パターンを形成し、支持フィルムに形成された素
子収納孔の内方にインナーリードを延設すると共に、支
持フィルムの外方にアウターリードを延設している。一
般に、TABテープは、半導体チップが正常に作動する
か否かを検査するためのテストパターンが設けられいる
ため、半導体チップとのインナーリードボンディング
(ILB)後に、実装前の半導体チップの動作テストを
容易に行うことができる。また、従来のワイヤボンディ
ング方式では不可能なレベルにまで狭ピッチに配設され
た半導体チップの電極端子とインナーリードとの一括ボ
ンディングを行うことができる。更に、ワイヤボンディ
ング方式に比し、高周波特性に優れている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このため、TABテー
プによるボンディング方式はCPU等に用いられるよう
な多数の電極端子が狭ピッチで配設され且つ高速な動作
が要求される半導体チップのボンディングに極めて好適
である。しかしながら、TABテープによるボンディン
グ方式は、アウターリードとインナーリードとの両者に
おいて、インナーリードボンディング(ILB)とアウ
ターリードボンディング(OLB)との二つのボンディ
ング工程を要し工数が増大する。また、アウターリード
は、基板実装の観点からインナーリードほどリードピッ
チを狭くすることができないため、リードが支持フィル
ム外方に延設される。このため、半導体チップを搭載し
た際に、半導体装置全体が大きくなり、半導体装置の小
型化の要請に充分に応えることができない。更に、CP
U等に用いられる高出力半導体チップを搭載した半導体
装置に適用した場合、半導体装置用パッケージを放熱構
造とすることを要するため、図12に示す如く複雑な形
態とせざるを得なかった。この図12に示す従来の半導
体装置では、BGA(Ball Grid Array) タイプのパッケ
ージ100の回路パターンと半導体チップ110とをT
ABテープ120によって接続し、且つ半導体チップ1
10をキャップ130によって封止すると共に、半導体
チップ110に接合された支持体140にはんだ等によ
ってヒートシンク150を固着するという複雑なパッケ
ージ構造となる。
【0004】そこで、本発明の目的は、小型で且つ薄型
であって、ボンディング工程数を低減でき、インナーリ
ードボンディングの際に、ワイヤボンディング方式では
ボンディングが不可能な狭ピッチの電極端子が形成され
た半導体チップを容易に搭載できると共に、高出力の半
導体チップを搭載しても放熱性に優れる半導体装置及び
その製造方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者は、前記目的を
達成するためには、プリント配線基板の一面側に、プリ
ント配線基板の回路パターンと電気的導電をとった回路
パターンが形成されたTABテープを積層すると共に、
プリント配線基板の他面側に外部接続用の端子を形成し
た半導体装置用パッケージに、半導体チップをインナー
リードと電気的に接続して搭載することによって、半導
体装置を小型化され、且つボンディング工程数を低減で
きること、及び搭載した半導体チップを樹脂封止するこ
とによって放熱性等を向上できることを見出し、本発明
に到達した。すなわち、本発明は、半導体チップ収納孔
が中央部に形成されたプリント配線基板の一面側に外部
接続用の端子が形成され、他面側にフレキシブル基板が
接合されて形成された半導体装置用パッケージに、半導
体チップが搭載された半導体装置であって、該フレキシ
ブル基板が、前記プリント配線基板の半導体チップ収納
孔と軸線を一致するデバイスホールが穿設された支持フ
ィルムに、プリント配線基板の回路パターンと電気的導
通がとられる回路パターンと、前記回路パターンから延
出されて前記デバイスホール内に突出するインナーリー
ドとが形成されて成り、且つ前記インナーリードと電気
的に接続されて搭載された半導体チップが、前記支持フ
ィルムに固着されたスペーサーの貫通孔内に収容されて
樹脂封止されていることを特徴とする半導体装置にあ
る。
【0006】かかる構成を有する本発明において、支持
フィルムにデバイスホールを穿設することなく回路パタ
ーンが形成されたフレキシブル基板を、半導体チップ収
納孔を覆うようにプリント配線基板に接合し、半導体チ
ップに設けられた電極端子半導体チップ収納孔に臨む
支持フィルムの回路パターンとをすることによっ
て、更に狭ピッチの電極端子が形成された半導体チップ
を容易に搭載することができる。更に、半導体チップ
に、ヒートシンクを直接的又は封止樹脂を介して固着す
ることによって、半導体装置の熱放散性を更に向上する
ことができる。尚、プリント配線基板を多層配線基板と
することによって、高集積化された半導体チップに対応
することができる。
【0007】また、本発明は、半導体チップ収納孔が中
央部に形成されたプリント配線基板の一面側に外部接続
用の端子が形成され、他面側にフレキシブル基板が接合
されて形成された半導体装置用パッケージに、半導体チ
ップが搭載された半導体装置を製造する際に、該半導体
装置用パッケージとして、前記プリント配線基板の半導
体チップ収納孔と軸線を一致するデバイスホールが穿設
された支持フィルムに、プリント配線基板の回路パター
ンと電気的導通がとられる回路パターンと、前記回路パ
ターンから延出されて前記デバイスホール内に突出する
インナーリードとが形成されて成るフレキシブル基板が
接合された半導体装置用パッケージを用い前記支持フ
ィルムに固着したスペーサーの貫通孔内に収容し且つ前
記インナーリードと一括ボンディングして電気的に接続
した半導体チップを、前記半導体装置用パッケージの外
部接続用の端子を形成する面の反対面側から半導体チッ
プ収納貫通孔内に樹脂を注入して半導体チップを樹脂封
止し、次いで、前記プリント配線基板の一面側に外部接
続用の端子を形成することを特徴とする半導体装置の製
造方法でもある。この様な本発明において、外部接続用
の端子を、はんだボールによって形成することにより
半導体装置の多ピン化に容易に対応できる。
【0008】
【作用】本発明に係る半導体装置によれば、半導体チッ
プとの電気的接合はTAB方式のボンディングによって
容易に行うことができ、特にワイヤボンディング方式で
は対応が不可能な狭ピッチの電極端子が形成された半導
体チップを容易に搭載することができる。また、TAB
テープと相違し、外方に突出するアウターリードが存在
しないため、高密度の半導体チップが搭載された小型で
且つ安価な半導体装置を提供できる。更に、搭載された
半導体チップ等が樹脂封止されているため、キャップに
よって半導体チップ等が封止されている半導体装置に比
較して、半導体装置の放熱性を向上することができる。
【0009】
【実施例】本発明を図面によって更に詳細に説明する。
図1は、本発明に係る一実施例を示す縦断面図であっ
て、半導体装置10の半導体装置用パッケージ20を形
成するプリント配線基板21(以下、プリント基板21
と称することがある)は、プリント配線基板21a、2
1bが積層された多層プリント配線基板である。このプ
リント配線基板21a、21b(以下、プリント基板2
1a、21bと称することがある)は、図2に示す様
に、スルーホールめっき等によって形成された導通部1
2、12・・を介して互いの回路パターン間の導通がと
られて多層に積層されており、プリント配線基板21
a、21bの各々には、信号パターンの他、電源パター
ン14やグランドパターン16等の回路パターンが形成
されている。本実施例においては、電気的特性を向上す
べく、電源パターン14とグランドパターン16とは、
異なるプリント配線基板に形成している。プリント基板
21bの下面には、実装基板と接続するための外部接続
用の端子24が形成されている。本実施例の端子24
は、はんだボールである。この端子24は、リードピン
端子であってもよい。また、かかるプリント基板21
a、21bの中央部には、半導体チップ収納孔25が形
成されている。尚、プリント基板21は、はんだボール
等の外部接続用の端子24が下面に形成された単層のプ
リント基板であってもよい。
【0010】かかるプリント基板21の上面には、フレ
キシブル基板26が接着剤により固着されている。この
フレキシブル基板26は、デバイスホールが開口された
ポリイミド等の支持フィルム27の表面に接着剤を介し
て銅箔を貼着した後、銅箔にレジストを塗布してパター
ニングし、次いで銅箔をエッチング加工することによっ
て形成され、回路パターン28aと、回路パターン28
aから延出されて半導体チップ収納孔25内に突出する
インナーリード28bとが形成されている。支持フィル
ム27に穿設されたデバイスホールは、プリント基板2
1a、21bの中央部に形成された半導体チップ収納孔
25よりも小径に形成されているため、支持フィルム2
7の一部が半導体チップ収納孔25内に突出されてい
る。このため、この支持フィルム27の一部によって、
半導体チップ収納孔25内に突出するインナーリード2
8bの基部が支持される。ところで、本実施例で使用し
たフレキシブル基板26は、支持フィルム27、接着
剤、及び銅箔の三層からなる、いわゆる三層TABテー
プであるが、支持フィルムの表面に直接回路パターンを
形成した、いわゆる二層TABテープを使用してもよ
い。尚、二層TABテープは、支持フィルムの表面に無
電解めっきやスッパッタリングによって形成した銅等の
薄い金属層にレジストを塗布してパターニングした後
に、エッチング等で回路パターンを形成し、次いで形成
した回路パターン上に電解めっきにより所定厚さまで金
属を積み上げるアディティブ法等によって形成できる。
【0011】かかるフレキシブル基板26は、接着剤2
9によってプリント基板21の上面に、回路パターン2
8aが形成された面を接着面として固着されており、プ
リント基板21の上面に形成された回路パターンとフレ
キシブル基板26の回路パターン28aとは、所要個所
にドリル等によって形成された貫通孔に、スルーホール
めっき皮膜を形成した導通部12、12・・を介して導
通がとられるようになされている。また、プリント基板
21の回路パターンとフレキシブル基板26の回路パタ
ーン28aとの導通は、フレキシブル基板26の回路パ
ターン28aの一端部に、回路パターン幅を広げてラン
ド部11を形成し、このランド部11にフレキシブル基
板26の支持フィルム27及びプリント基板21に形成
された導通部12、12・・を当接させることによって
行ってもよい。つまり、半導体装置用パッケージ20の
全体構造からみれば、通常のプリント配線基板と同様の
構造であって、同様の製法によって製造できる。但し、
本実施例においては、フレキシブル基板26の回路パタ
ーンのインナーリード28bのみが半導体チップ収納孔
25内に突出して設けられている点で、通常のプリント
配線基板とは相違する。
【0012】半導体装置用パッケージ20を構成する支
持フィルム27の上面には、ガラスフィラー入りの樹脂
等からなるスペーサー30を接着剤29によって固着す
る。本実施例において、スペーサー30の厚さは、イン
ナーリード28b上に半導体チップ31を搭載したと
き、半導体チップ31の上面がスペーサー30の上面よ
りも低くなるようにした。この半導体チップ31は、半
導体装置用パッケージ20のインナーリード28b上
に、一括ボンディングによって搭載される。この様に、
半導体チップ31が搭載された半導体装置用パッケージ
20の半導体チップ収納孔25及びフレキシブル基板2
6のデバイスホール等は、樹脂によって充填され半導体
チップ31やインナーリード28b等は樹脂封止され
る。かかる樹脂封止によって、半導体チップ31等のシ
ール性を向上させることができ、且つ半導体チップ31
の熱放散性も向上できる。
【0013】図1に示す半導体装置10の製造の際に
は、先ず、図2に示す半導体装置用パッケージ20を形
成する。この半導体装置用パッケージ20の構成は、図
1で述べたものと同一であるため、ここでは省略する。
但し、図1に示す半導体装置用パッケージ20とは、外
部接続用の端子24が形成されておらず、図2に示す半
導体装置用パッケージ20の底面図である図3に示す様
に、外部接続用の端子24を形成するためのパッド23
のみが形成されている点で異なる。かかる外部接続用の
端子24は、後述する様に、半導体チップ収納孔25等
を樹脂封止する際に、障害となるからである。
【0014】図3及び図4に示す半導体装置用パッケー
ジ20のインナーリード28b上に一括ボンディングに
よって半導体チップ31を搭載した後、半導体チップ収
納孔25等を樹脂封止する際には、図5に示す様に、封
止装置の金型を構成する上型50と下型60との間に挟
み、半導体装置用パッケージ20の外部接続用の端子2
4が形成される面と反対面側の下型60に形成された樹
脂路64のゲート6から半導体チップ収納孔25内に樹
脂37を注入する。この際に、半導体装置用パッケージ
20に外部接続用の端子24が形成されていた場合、上
型60と半導体装置用パッケージ20の外部接続用の端
子形成面とを密着することができず、樹脂37の洩れ等
が発生し易い。
【0015】かかる樹脂37は、上型50と下型60と
に挟まれた半導体装置用パッケージ20に対して略直角
に下型60に形成された樹脂路を64を経由して半導体
チップ収納孔25内に注入される。この様に、半導体装
置用パッケージ20の外部接続用の端子24が形成され
る面と反対面側から樹脂37を注入することによって、
ゲート62の痕跡を半導体装置10の実装とは関係のな
い面側に形成することができ、半導体装置10を正確に
実装することができる。かかる樹脂封止を行う金型とし
ては、図5に導体装置用パッケージ20に対して略直角
に下型60に形成された樹脂路を経由した樹脂37が半
導体チップ収納孔25内に注入される金型について示し
たが、図6に示す金型も使用できる。図6に示す金型
は、下型60に設けられたプランジャ66によって押し
出された樹脂37が、半導体装置用パッケージ20に対
して略平行に形成されたランナ溝64を経由して半導体
チップ収納孔25に注入されるものである。この図6に
示す金型においては、下型60にランナ溝64が形成さ
れていが、スペーサー30が厚い場合には、下型60に
形成されたランナ溝64をスペーサ30に形成してもよ
い。また、図6では、下型60側にスペーサー30が配
置されているが、上型50側にスペーサー30が配置さ
れた場合には、ランナ溝64を上型50に形成してもよ
い。尚、半導体装置用パッケージ20の外部接続用の端
子24がリードピンで有る場合には、半導体装置用パッ
ケージ20の外部接続用の端子24が形成される面から
樹脂37を注入してもよい。
【0016】この様にして樹脂封止が終了した半導体装
置には、図4に示すプリント基板21のパッド23に外
部接続用の端子24を形成する。この外部接続用の端子
24は、本実施例においては、はんだボールであって、
パッド23上にボール状のはんだを載置して熱を加えて
パッド23とボール状のはんだとを一体化することによ
って形成できる。尚、外部接続用の端子24を形成する
際に加えられる熱に対し、樹脂封止に通常に使用される
樹脂は充分に耐熱性を有する。
【0017】この様にして樹脂封止された図1に示す半
導体装置10は、樹脂封止されることなくキャップ等に
よって封止された半導体装置に比較し、半導体チップ3
1等のシール性及び放熱性が向上され薄型に形成されて
いる。かかる図1に示す半導体装置10においても、C
PU等に用いられるような高出力半導体チップ31を搭
載する場合には、放熱性を更に向上すべく、半導体チッ
プ31とスペーサー30を覆う樹脂37の上面に接着剤
を塗布し、半導体チップ収納孔25を覆うようにヒート
シンクを固着することが好ましい。唯、図1に示す半導
体装置10においては、半導体チップ31の上面を覆う
樹脂37を介してヒートシンクに伝熱されるため、放熱
性が樹脂37の熱伝導度等の物性に左右されることがあ
る。
【0018】このため、図7に示す様に、搭載された半
導体チップ31に直接ヒートシンク32を接着剤33に
よって接合することが好ましい。この様に、ヒートシン
ク32を半導体チップ31に接合するには、半導体チッ
プ31の裏面(インナーリード28bと接合される面と
反対側の面)とスペーサー30の上面の高さとが略同一
となるように、スペーサー30の厚さを調整し、半導体
チップ31の裏面とスペーサー30の上面に接着剤33
を塗布し、半導体チップ収納孔25を覆うようにヒート
シンク32を固着する。尚、ヒートシンク32には、ア
ルミニウム、銅−タングステン合金、銅等の金属を好適
に用いることができ、ヒートシンク32の上面にフィン
35を形成することによって放熱性を更に一層向上させ
ることができる。
【0019】かかる図6に示す半導体装置においても、
半導体チップ収納孔25及び半導体チップ31は樹脂3
7によって樹脂封止されている。この樹脂封止方法は、
フレキシブル基板26のインナーリード28bに一括ボ
ンディングされた半導体チップ31の裏面及びスペーサ
ー30の上面に、ヒートシンク32を固着した後、半導
体チップ収納孔25内に樹脂37をポッティングするこ
とによって行うことができる。また、フレキシブル基板
26のインナーリード28bに一括ボンディングされた
半導体チップ31は、図7に示す様に、プリント基板2
1の半導体チップ収納孔25内に形成された段差部の配
線パターン39にワイヤー41によって連結されていて
もよい。この図7に示す半導体装置の半導体チップ収納
孔25等の樹脂封止も、樹脂37のポッティングによっ
て行われる。
【0020】これまで述べてきた半導体装置には、プリ
ント基板21に形成された半導体チップ収納孔25と軸
線を一致するデバイスホールが支持フィルム27に穿設
されたフレキシブル基板26を使用しているが、図9に
示す様に、支持フィルム27にデバイスホールを穿設す
ることなく回路パターン46が形成されたフレキシブル
基板44を使用することができる。このフレキシブル基
板44を使用した半導体装置は、プリント基板21の半
導体チップ収納孔25を覆うように、フレキシブル基板
44をプリント基板21に接合した後、接着剤によって
スペーサー30をフレキシブル基板44に接合し、半導
体チップ31を搭載するキャビティを形成する。次い
で、半導体チップ31をキャビティ内に搭載し、半導体
チップ31の電極端子を半導体チップ収納孔25に臨む
フレキシブル基板44の回路パターン46の所定位置に
直接接する、いわゆるフリップチップ方式により半導
体チップ31を接した後、キャビティ内に樹脂37を
ポッティングして樹脂封止する。この様にして製造され
た図9に示す半導体装置は、狭ピッチの電極端子が形成
された半導体チップを容易に搭載できる。かかる図9に
示す半導体装置には、図7に示す様に、半導体チップ3
1の裏面にヒートシンク32を設けてもよい。また、フ
レキシブル基板44の回路パターン46を形成した面と
反対面に、グランドパターン等を形成してもよく、プリ
ント基板21を、図1の示すプリント基板21の様に、
多層プリント基板としてもよい。
【0021】以上、述べてきた半導体装置において、支
持フィルム27は、図10に示す様に、インナーリード
28bの上下両面に設けることによって、インナーリー
ド28bを両面から支持でき強度の補填ができる。この
場合にも、貫通孔を設けることで回路パターン28aと
プリント基板21の上面の回路パターンとの電気的接合
を行うことができる。
【0022】
【発明の効果】本発明によれば、半導体チップとの電気
的接合にはTAB方式の一括ボンディングを行うことが
でき、特にワイヤボンディング方式ではボンディングが
不可能な狭ピッチの電極端子が形成された半導体チップ
を搭載することができる。また、TABテープと相違
し、外方に突出するアウターリードが存在しないため、
小型で且つ薄型であり、高密度実装性に優れた安価な半
導体装置を提供できる。更に、高出力で且つ高周波数の
半導体チップを搭載し得る、放熱性、高密度実装性、及
び高周波電気特性に優れた半導体装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る半導体装置の一実施例を示す縦断
面図である。
【図2】図1に示す半導体装置の分解図である。
【図3】図1に示す半導体装置を構成する半導体装置用
パッケージを示す縦断面図である。
【図4】図2に示す半導体装置用パッケージの底面図で
ある。
【図5】図1に示す半導体装置の樹脂封止方法を説明す
る説明図である。
【図6】他の樹脂封止方法を説明する説明図である。
【図7】本発明に係る半導体装置の他の実施例を示す縦
断面図である。
【図8】本発明に係る半導体装置の他の実施例を示す縦
断面図である。
【図9】本発明に係る半導体装置の他の実施例を示す縦
断面図である。
【図10】フレキシブル基板の他の実施例を示す説明図
である。
【図11】従来の放熱構造を有する半導体装置の一例を
示す断面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 23/28 H01L 21/60 311 H01L 23/12 B29C 45/02

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体チップ収納孔が中央部に形成され
    たプリント配線基板の一面側に外部接続用の端子が形成
    され、他面側にフレキシブル基板が接合されて形成され
    た半導体装置用パッケージに、半導体チップが搭載され
    た半導体装置であって、 該フレキシブル基板が、前記プリント配線基板の半導体
    チップ収納孔と軸線を一致するデバイスホールが穿設さ
    れた支持フィルムに、プリント配線基板の回路パターン
    と電気的導通がとられる回路パターンと、前記回路パタ
    ーンから延出されて前記デバイスホール内に突出するイ
    ンナーリードとが形成されて成り、且つ前記 インナーリードと電気的に接続されて搭載され
    た半導体チップが、前記支持フィルムに固着されたスペ
    ーサーの貫通孔内に収容されて樹脂封止されていること
    を特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 支持フィルムにデバイスホールを穿設す
    ることなく回路パターンが形成されたフレキシブル基板
    が、半導体チップ収納孔を覆うようにプリント配線基板
    に接合され、且つ半導体チップに設けられた電極端子が
    半導体チップ収納孔に臨む支持フィルムの回路パターン
    の所定位置に直接接合されている請求項1記載の半導体
    装置。
  3. 【請求項3】 半導体チップに、ヒートシンクが直接的
    又は封止樹脂を介して固着されている請求項1又は請求
    項2記載の半導体装置。
  4. 【請求項4】 プリント配線基板が多層配線基板である
    請求項1〜3のいずれか一項記載の半導体装置。
  5. 【請求項5】 プリント配線基板に形成された外部接続
    用の端子が、はんだボールである請求項1〜4のいずれ
    か一項記載の半導体装置。
  6. 【請求項6】 半導体チップ収納孔が中央部に形成され
    たプリント配線基板の一面側に外部接続用の端子が形成
    され、他面側にフレキシブル基板が接合されて形成され
    た半導体装置用パッケージに、半導体チップが搭載され
    た半導体装置を製造する際に、 該半導体装置用パッケージとして、前記 プリント配線基
    板の半導体チップ収納孔と軸線を一致するデバイスホー
    ルが穿設された支持フィルムに、プリント配線基板の回
    路パターンと電気的導通がとられる回路パターンと、
    回路パターンから延出されて前記デバイスホール内に
    突出するインナーリードとが形成されて成るフレキシブ
    ル基板が接合された半導体装置用パッケージを用い前記支持フィルムに固着したスペーサーの貫通孔内に収
    容し且つ前記インナーリードと一括ボンディングして電
    気的に接続した半導体チップを、前 記半導体装置用パッ
    ケージの外部接続用の端子を形成する面の反対面側から
    半導体チップ収納孔内に樹脂を注入して半導体チップを
    樹脂封止し、 次いで、前記プリント配線基板の一面側に外部接続用の
    端子を形成することを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
  7. 【請求項7】 外部接続用の端子を、はんだボールに
    って形成する請求項6記載の半導体装置の製造方法。
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