JP4227971B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は半導体装置及びその製造方法並びに半導体モジュールに関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device, a manufacturing method thereof, and a semiconductor module.
半導体装置は、大型コンピュータ、パーソナルコンピュータ、携帯機器など様々な情報機器に使用されており、必要とされる機能や容量は年々増加している。これらの高性能化や大容量化に伴って半導体素子のベース基板への実装面積が増大し、小型化を阻害する要因となっている。そこで、限られたベース基板面積に多くの半導体素子を搭載する手法として、複数の半導体素子をベース基板に積層して搭載する技術が開発されている。その半導体素子の積層技術として、半導体素子及び配線部材からなる個別半導体パッケージを複数積層して積層半導体パッケージを構成し、この積層半導体パッケージをベース基板に搭載し、個別半導体パッケージから配線部材または配線を半導体素子の両側に延ばしてベース基板に接続することによって半導体装置とする技術が開発されている。これに関連する特許文献として、特開2002−176135号公報(特許文献1)、特開平8−236694号公報(特許文献2)、特開2000−286380号公報(特許文献3)及び特開2004−335624号公報(特許文献4)が挙げられる。 Semiconductor devices are used in various information devices such as large computers, personal computers, and portable devices, and required functions and capacities are increasing year by year. Along with these higher performance and larger capacity, the mounting area of the semiconductor element on the base substrate increases, which is a factor that hinders downsizing. Therefore, as a technique for mounting many semiconductor elements on a limited base substrate area, a technique for stacking and mounting a plurality of semiconductor elements on a base substrate has been developed. As a technique for laminating the semiconductor elements, a plurality of individual semiconductor packages each composed of a semiconductor element and a wiring member are laminated to form a laminated semiconductor package, and the laminated semiconductor package is mounted on a base substrate. A technique for forming a semiconductor device by extending to both sides of a semiconductor element and connecting to a base substrate has been developed. As patent documents related to this, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-176135 (Patent Document 1), Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-236694 (Patent Document 2), Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-286380 (Patent Document 3), and Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. 2004. -335624 (patent document 4).
半導体素子の線膨張係数は、ベース基板や配線部材に用いられている樹脂や金属の線膨張係数よりも小さい。そのため、半導体素子の動作による発熱や環境温度変化などの熱負荷が半導体装置に加わった場合、半導体素子と配線部材との間あるいは個別半導体パッケージとベース基板との間に熱変形量差が生じる。 The linear expansion coefficient of the semiconductor element is smaller than the linear expansion coefficient of the resin or metal used for the base substrate or the wiring member. Therefore, when a heat load such as heat generation or environmental temperature change due to the operation of the semiconductor element is applied to the semiconductor device, a thermal deformation amount difference occurs between the semiconductor element and the wiring member or between the individual semiconductor package and the base substrate.
従来の、実装面積全体に対して半導体素子の平面寸法が小さい半導体装置では、半導体素子から延びる接続部を十分に長くすることが可能であり、これによって熱変形量差を接続部の変形で吸収することが可能であった。しかし、ベース基板の実装面積に対して半導体素子の平面寸法を大きくして高密度な実装を行おうとすると、接続部の寸法的な裕度が小さくならざるを得ず、熱変形量の差を接続部の変形で十分に吸収することが難しくなり、熱負荷による接続部破断が生ずるおそれがあった。特に、積層半導体パッケージを備えた半導体装置では、積層された複数の半導体素子の動作による発熱負荷が大きくなるため、接続部の変形により接続部破断を防止することには限界があった。 In a conventional semiconductor device in which the planar dimension of a semiconductor element is small with respect to the entire mounting area, a connection portion extending from the semiconductor element can be made sufficiently long, thereby absorbing a thermal deformation amount difference by deformation of the connection portion. It was possible to do. However, if the high-dimensional mounting is attempted by increasing the planar dimensions of the semiconductor element with respect to the mounting area of the base substrate, the dimensional tolerance of the connection portion must be reduced, and the difference in the amount of thermal deformation is reduced. The deformation of the connection portion makes it difficult to sufficiently absorb, and there is a possibility that the connection portion is broken due to a thermal load. In particular, in a semiconductor device provided with a stacked semiconductor package, a heat generation load due to the operation of a plurality of stacked semiconductor elements increases, and thus there is a limit in preventing connection portion breakage due to deformation of the connection portion.
また、積層半導体パッケージを備えた半導体装置では、積層される個別半導体パッケージの合計の厚さをあまり増加させないように、個別半導体パッケージを構成する半導体素子の薄型化が図られつつある。しかし、個別半導体パッケージの配線部材を半導体素子の両側に延ばしてベース基板に接続した従来の半導体装置において、半導体素子をあまり薄くし過ぎると、熱負荷によって半導体素子が大きく反り変形されることが分かった。このため、半導体素子の両側の接続部でこの大きな曲げ変形を吸収しなければならないと共に、反り変形による曲げ応力の増加や、他の部材との相対的な剛性が低下することによる圧縮応力や引張り応力の増加などによって、半導体素子の動作不良や破損を引き起こすことが懸念され、これらに対する信頼性を確保しなければならないという新たな課題が生じていた。 Further, in a semiconductor device provided with a stacked semiconductor package, the semiconductor elements constituting the individual semiconductor package are being thinned so as not to increase the total thickness of the stacked individual semiconductor packages. However, in the conventional semiconductor device in which the wiring member of the individual semiconductor package is extended to both sides of the semiconductor element and connected to the base substrate, it is found that if the semiconductor element is made too thin, the semiconductor element is greatly warped and deformed by a thermal load. It was. For this reason, this large bending deformation must be absorbed by the connecting portions on both sides of the semiconductor element, and the bending stress increases due to warping deformation and the relative stress with other members decreases, resulting in compressive stress and tension. There is a concern that an increase in stress or the like may cause a malfunction or breakage of the semiconductor element, and a new problem has arisen that reliability must be ensured.
本発明の目的は、高信頼性を確保しつつ実装密度を高くすることができる半導体装置及びその製造方法並びに半導体モジュールを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a semiconductor device, a method of manufacturing the same, and a semiconductor module that can increase the mounting density while ensuring high reliability.
前述の目的を達成するための本発明の第1の態様は、フレキシブル基板及び配線からなる配線部材に半導体素子を固定した個別半導体パッケージを複数積層して構成された積層半導体パッケージと、前記積層半導体パッケージと装置外部とのインターフェイスとして機能するインターフェイスチップを搭載したベース基板とを備えた半導体装置において、前記半導体素子に固定された前記配線部材の少なくとも前記配線を当該半導体素子の片側のみから延ばして前記ベース基板に接続したものである。 In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention includes: a stacked semiconductor package configured by stacking a plurality of individual semiconductor packages each having a semiconductor element fixed to a wiring member made of a flexible substrate and wiring; and the stacked semiconductor In a semiconductor device comprising a base substrate mounted with an interface chip that functions as an interface between the package and the outside of the device, at least the wiring of the wiring member fixed to the semiconductor element extends from only one side of the semiconductor element, and Connected to the base substrate.
係る本発明の第1の態様におけるより好ましい具体的構成例は次の通りである。
(1)前記半導体素子に固定された前記配線部材を当該半導体素子の片側のみから延ばして前記ベース基板に接続したこと。
(2)前記半導体素子として平面矩形状で前記配線部材の延びる方向と平行な辺が厚さより30倍以上である薄型半導体素子を用いると共に、前記配線部材として前記半導体素子より薄い配線部材を用いたこと。
(3)前記積層半導体パッケージと前記ベース基板との間に低弾性の接続部材を介在させたこと。
(4)前記個別半導体パッケージのそれぞれの間に低弾性の接続部材を介在させて前記積層半導体パッケージを構成したこと。
(5)上記(1)において、前記個別半導体パッケージから同一側に延びる前記配線の延長寸法を前記ベース基板から遠く離れる前記個別半導体パッケージから延びる配線ほど大きくしたこと。
(6)上記(1)において、複数の前記半導体素子の異なる側の辺から前記配線部材を延ばして前記ベース基板に接続したこと。
(7)上記(1)において、前記個別半導体パッケージを構成する前記半導体素子及び前記配線部材がレジンモールドされていること。
(8)上記(1)において、前記積層半導体パッケージの上面と下面とが同一の固定部材に接続され、前記積層半導体パッケージが使用される少なくとも一部の温度域に前記固定部材によって前記積層半導体パッケージの上面と下面とに圧縮荷重が加えられること。
(9)前記フレキシブル基板がU字型に曲げられて前記ベース基板と接続されていること。
(10)上記(9)において、前記各々のフレキシブル基板と前記ベース基板との接続箇所が設けられている前記ベース基板の面が前記積層半導体パッケージが設置される側と反対側の面であること。
(11)前記積層半導体パッケージを構成する前記半導体素子はDRAMチップであること。
(12)前記積層半導体パッケージと前記ベース基板との間に前記インターフェイスチップを介在させたこと。
A more preferable specific configuration example in the first aspect of the present invention is as follows.
(1) The wiring member fixed to the semiconductor element is extended from only one side of the semiconductor element and connected to the base substrate.
(2) As the semiconductor element, a thin semiconductor element having a planar rectangular shape and a side parallel to the extending direction of the wiring member being 30 times or more than the thickness is used, and a wiring member thinner than the semiconductor element is used as the wiring member. thing.
(3) A low-elasticity connecting member is interposed between the stacked semiconductor package and the base substrate.
(4) The laminated semiconductor package is configured by interposing a low-elasticity connecting member between each of the individual semiconductor packages.
(5) In the above (1), the extension dimension of the wiring extending to the same side from the individual semiconductor package is increased as the wiring extending from the individual semiconductor package far from the base substrate.
(6) In the above (1), the wiring member is extended from different sides of the plurality of semiconductor elements and connected to the base substrate.
(7) In the above (1), the semiconductor element and the wiring member constituting the individual semiconductor package are resin-molded.
(8) In the above (1), an upper surface and a lower surface of the stacked semiconductor package are connected to the same fixing member, and the stacked semiconductor package is formed by the fixing member in at least a part of a temperature range where the stacked semiconductor package is used. Compressive load is applied to the upper and lower surfaces of
(9) The flexible substrate is bent into a U shape and connected to the base substrate.
(10) In the above (9), the surface of the base substrate on which the connection portion between each flexible substrate and the base substrate is provided is the surface opposite to the side on which the stacked semiconductor package is installed. .
(11) The semiconductor element constituting the stacked semiconductor package is a DRAM chip.
(12) The interface chip is interposed between the stacked semiconductor package and the base substrate.
また、本発明の第2の態様は、フレキシブル基板及び配線からなる配線部材を半導体素子の片側のみから少なくとも配線が延長されるように前記半導体素子に固定して個別半導体パッケージを構成する工程と、前記個別半導体パッケージをベース基板上に複数積層して積層半導体パッケージを構成する工程と、前記個別半導体パッケージから延長された前記配線を前記ベース基板に接続する工程とを有する半導体装置の製造方法である。 According to a second aspect of the present invention, a step of configuring an individual semiconductor package by fixing a wiring member composed of a flexible substrate and wiring to the semiconductor element such that at least wiring is extended from only one side of the semiconductor element; A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: stacking a plurality of the individual semiconductor packages on a base substrate to form a stacked semiconductor package; and connecting the wiring extended from the individual semiconductor package to the base substrate. .
係る本発明の第2の態様におけるより好ましい具体的構成例は次の通りである。
(1)前記積層半導体パッケージを構成する各々の配線部材を前記半導体素子の片側のみから延長して前記ベース基板とを接合した後に、前記配線部材をU字型に曲げて前記積層半導体パッケージを前記ベース基板上に搭載すること。
A more preferable specific configuration example in the second aspect of the present invention is as follows.
(1) After extending each wiring member constituting the laminated semiconductor package from only one side of the semiconductor element and joining the base substrate, the wiring member is bent into a U-shape to form the laminated semiconductor package. Mount on the base board.
また、本発明の第3の態様は、フレキシブル基板及び配線からなる配線部材に半導体素子を固定した個別半導体パッケージを複数積層して構成された積層半導体パッケージと、前記積層半導体パッケージを搭載したベース基板とを備えた半導体装置を、モジュール基板上に複数並べて配置した半導体モジュールにおいて、前記半導体装置は、前記半導体素子に固定された前記配線部材の少なくとも前記配線を当該半導体素子の片側のみから延ばして前記ベース基板に接続したものである。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a stacked semiconductor package configured by stacking a plurality of individual semiconductor packages each having a semiconductor element fixed to a wiring member made of a flexible substrate and wiring, and a base substrate on which the stacked semiconductor package is mounted. In a semiconductor module in which a plurality of semiconductor devices provided with a plurality of semiconductor devices are arranged on a module substrate, the semiconductor device extends at least the wiring of the wiring member fixed to the semiconductor element from only one side of the semiconductor element. Connected to the base substrate.
本発明によれば、高信頼性を確保しつつ実装密度を高くすることができる半導体装置及びその製造方法並びに半導体モジュールを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a semiconductor device, a manufacturing method thereof, and a semiconductor module capable of increasing the mounting density while ensuring high reliability.
以下、本発明の複数の実施例について図を用いて説明する。各実施例の図における同一符号は同一物または相当物を示す。なお、それぞれの実施例を必要に応じて適宜に組み合わせることにより、さらに効果的なものとすることができる。 Hereinafter, a plurality of embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The same reference numerals in the drawings of the respective embodiments indicate the same or equivalent. In addition, it can be made more effective by combining each Example suitably as needed.
最初に、本発明の第1実施例について、図1から図8を用いて説明する。 First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
まず、本実施例の半導体装置の全体に関して図1を参照しながら説明する。図1は本発明の第1実施例の半導体装置を示す図であり、図1(a)はその上面図、図1(b)はその正面図である。なお、図1Aではレジン2の図示を省略してある。
First, the entire semiconductor device of this embodiment will be described with reference to FIG. 1A and 1B are diagrams showing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1A is a top view thereof, and FIG. 1B is a front view thereof. In FIG. 1A, the
本実施例では、1枚の半導体素子1、配線部材4、レジン2で半導体パッケージを構成し、さらにこの構成された半導体パッケージを積層することで複数の半導体素子1を有する半導体パッケージを構成している。これらの半導体パッケージの名称を区別するため、以降の説明では1枚の半導体素子1、配線部材4、レジン2で構成される半導体パッケージを個別半導体パッケージ13と称し、複数の個別半導体パッケージ13で構成される半導体パッケージを積層半導体パッケージ12と称する。
In the present embodiment, a semiconductor package is constituted by one
半導体装置70は、フレキシブル基板4a及び配線4bからなる配線部材4に半導体素子1を固定した個別半導体パッケージ13を複数積層して構成された積層半導体パッケージ12と、積層半導体パッケージ12を搭載したベース基板5とを備えて構成されている。
The
個別半導体パッケージ13は、1枚の配線部材4の上に1枚の半導体素子1が接着され、半導体素子1の周囲全周及び配線部材4の反半導体素子側の面にレジン2が形成されることにより構成されている。
In the
半導体素子1は、平面矩形状で、半導体素子1から配線部材が延びる方向と平行な辺(図示例では短辺)が厚さより30倍以上である薄型半導体素子が用いられ、具体的には、長辺寸法が約20mm、短辺寸法が約10mm、厚さ寸法が約0.15mmのDRAMが用いられている。半導体素子1の回路面側が配線部材4と接着されている。配線部材4は、折り曲げ可能で柔軟性を有するフレキシブル基板4aと、その表面上に配置された配線4bとを備えて構成されている。配線部材4は、半導体素子1より薄い配線部材が用いられ、具体的には、フレキシブル基板4aとして厚さ約0.03mmのポリイミド製テープが用いられ、配線4bとして厚さ約0.02mmのCuが用いられている。
The
このように、薄い半導体素子1と薄いフレキシブル基板4aと薄い配線4bを用いることで、個別半導体パッケージ13全体の厚さを薄くすることができるので、積層に適した個別半導体パッケージ13とすることができる。また、薄いフレキシブル基板4aと薄い配線4bを用いることで配線部材4の厚みが薄くなって配線部材4の曲げ剛性が低下するので、個別半導体パッケージ13を積層する場合の接合を容易に行うことができる。フレキシブル基板4aにポリイミドを用いることで、フレキシブル基板4aの折り曲げに対する柔軟性を有しながら、はんだリフロー工程などの温度履歴にも耐えることが可能になる。また、配線4bに用いているCu表面にはNiとAuのメッキを施すことで、Cu配線の酸化や腐食などによる不良を防止すると共に、ベース基板との接合を容易にしている。
As described above, since the thickness of the
半導体素子1に固定された配線部材4は、当該半導体素子1の片側のみから延びる部分を有し、その先端部分をベース基板5に接続している。本実施例では、配線部材4が半導体素子1の一方の長辺のみから延びている。これによって、個別半導体パッケージ13の長手方向の寸法を抑えることができると共に、配線部材4を同一幅で延ばすことができる。なお、必要に応じて、半導体素子1の短辺の半分側を含む半導体素子1の片側のみから配線部材4が延びるようにしてもよい。配線部材4の外形は半導体素子1の外形よりも大きく形成されており、特に半導体素子1の短手方向(短辺と平行な方向)においては、フレキシブル基板4aの長さは半導体素子1よりも十分大きく、かつ半導体素子1をフレキシブル基板4aの中心ではなく一方向に偏って配置することで、フレキシブル基板4a上に半導体素子1の一方の長辺側のみから配線4bを引き出す場所を確保し、配線4bがフレキシブル基板4aと共に引き出されている。このようにして、配線4bが半導体素子1の1方向のみから引き出されている。また、半導体素子1の周囲にはレジン2を設けることで配線部材4と半導体素子1の密着性を高め、半導体素子1と配線部材4の剥離や半導体素子1の表面薄膜の剥離などを防止している。
The
半導体装置70は、主に、1枚のベース基板5と、このベース基板5表面に配置されたインターフェイスチップ8と、積層半導体パッケージ12と、はんだボール6とを備えて構成されている。
The
ベース基板5は、厚さ約0.3mmのガラスエポキシ基板であり、その表面に2層、内部に2層の合計4層のCu配線層を持っている。ベース基板5の表面に露出する配線の表面には、個別半導体パッケージ13の配線4bと同様に、NiやAuのメッキが施されている。
The
インターフェイスチップ8は、厚さが個別半導体パッケージ13に搭載されている半導体素子1と同等であり、平面寸法が個別半導体パッケージ13に搭載されている半導体素子1よりも小さい。この平面寸法の違いは、インターフェイスチップ8と個別半導体パッケージ13に搭載される半導体素子1との機能の違いによる。インターフェイスチップ8は、半導体装置70の外部とDRAMである半導体素子1とのインターフェイスとして機能するチップである。したがって、個別半導体パッケージ13に搭載されている半導体素子1はインターフェイス機能を持たず、メモリセルの集合体として機能すればよい。このようにインターフェイス機能をインターフェイスチップ8に集約することで、それぞれの半導体素子1が個別にインターフェイス機能を持つ場合よりもインターフェイス機能のために消費する電力を低減できる。その結果、積層半導体パッケージ12全体で発生する熱を低減することができるので、動作時の半導体素子1やインターフェイスチップ8の温度上昇による破損や動作不良を防止することができる。インターフェイスチップ8は、回路面側をベース基板5に向けてフリップチップ接合することで、ベース基板5との電気的な導通が取られている。また、インターフェイスチップ8とベース基板5の間をレジン9でアンダーフィル封止することで、インターフェイスチップ8とベース基板5との間の接続信頼性を向上している。
The
インターフェイスチップ8を上面に搭載したベース基板5の上部には、複数の個別半導体パッケージ13が搭載されている。それぞれの個別半導体パッケージ13は、引き出される配線4bの長さおよび配線4bを引き出すためのフレキシブル基板4aの長さ以外はほぼ同じ大きさである。引き出される配線4bの長さはベース基板5から遠い個別半導体パッケージ13ほど長い。この様にそれぞれの個別半導体パッケージ13にフレキシブル基板4aの寸法を変更することで、実装後にフレキシブル基板4a同士が干渉することを防止することができると共に、それぞれのフレキシブル基板4aに適度なたわみを持たせて変形吸収性を向上させることができる。それぞれの個別半導体パッケージ13から引き出された配線4bは、それぞれベース基板5表面の配線と超音波接合されることで、個別半導体パッケージ13とベース基板5の電気的な導通が取られている。この場合、それぞれの個別半導体パッケージ13の配線部材4が交差しないように、ベース基板5から遠い位置に積層される個別半導体パッケージ13の配線4bとベース基板5の接合部ほどベース基板5の端部に近い位置に設けられている。
A plurality of
個別半導体パッケージ13の間および個別半導体パッケージ13とインターフェイスチップ8との間には、接続部材7が配置されている。本実施例では、接続部材7に低弾性のエラストマが用いられている。それぞれの個別半導体パッケージ13の間および個別半導体パッケージ13とインターフェイスチップ8の間に低弾性の部材を配置することで、それぞれの個別半導体パッケージ13の水平方向位置ずれを吸収することができると共に、それぞれの個別半導体パッケージ13の反り変形を低減することができる。
ベース基板5の下面には、はんだボール6が配置されている。このはんだボールにより、半導体装置70と外部基板との電気的な導通を取ることを可能にしている。このように、個別半導体パッケージ13が積層されて構成される積層半導体パッケージ12において、それぞれの個別半導体パッケージ13から引き出される配線4bが一方向のみであり、さらに個別半導体パッケージ13とベース基板5との接合部もそれぞれの半導体素子1に対して1方向のみに設けられている点が、本実施例の大きな特徴である。
このように半導体素子1に固定された配線部材4の少なくとも配線4bを当該半導体素子1の片側のみから延ばし、この延ばした部分とベース基板5との接続部3を設けることで、温度サイクル試験や環境温度の変化や動作時の発熱などによって各部材に熱変形が生じた場合であっても、接合部に大きな熱応力が発生することを防止し、信頼性の高い半導体装置となる。
In this way, at least the
次に、熱変形に対して半導体装置の信頼性が向上するメカニズムを図2及び図3を参照しながら説明する。 Next, a mechanism for improving the reliability of the semiconductor device against thermal deformation will be described with reference to FIGS.
図2は比較例1及び本実施例の半導体装置の熱変形を説明する図である。 FIG. 2 is a diagram for explaining thermal deformation of the semiconductor device of Comparative Example 1 and this example.
図2(a)は個別半導体パッケージ13間に接続部材を持ち個別半導体パッケージ13の両側に接続部3を設けた半導体装置(比較例1)に温度変化ΔTが加わった場合に各部材に生じる熱変形の代表値示す図である。
FIG. 2A shows the heat generated in each member when a temperature change ΔT is applied to the semiconductor device (Comparative Example 1) having a connection member between the
個別半導体パッケージ13の長さをL1、個別半導体パッケージ全体の水平方向の線膨張係数をα1とすると、個別半導体パッケージ13全体の熱変形量はα1×L1×ΔTで表される。個別半導体パッケージ13の両側に接続部3を設けた構造では、左右対称な構造となるので、個別半導体パッケージ13の端部の移動量はそれぞれα1×(L1/2)×ΔTとなる。
When the length of the
一方、ベース基板5の両側に設けられた接続部3の間の長さをL2、ベース基板5の水平方向の線膨張係数をα2とすると、ベース基板5全体の熱変形量はα2×L2×ΔTで表される。ここで、L2は接続部の寸法が最も短く信頼性確保が課題となるベース基板5の一番近くに積層される個別半導体パッケージ13の寸法を用いて定義した。ベース基板5においても左右は対称な形状となるので、ベース基板5の両端接続部の移動量はそれぞれα2×(L2/2)×ΔTとなる。
On the other hand, if the length between the connecting
この結果、個別半導体パッケージ13とベース基板5の端部熱変形量には、(α1×(L1/2)×ΔT)−(α2×(L2/2)×ΔT)の差が生じる。個別半導体パッケージ13は主に半導体素子1であるシリコン、配線部材4のポリイミドやCuで構成されており、ベース基板5はガラスエポキシ複合材やCuで構成されている。これらの部材の中で、シリコンは線膨張係数が約3ppm/Kであり、ポリイミドやCuやガラスエポキシ複合材の線膨張係数が10ppm/K以上である。また、半導体素子1は配線部材4よりも縦弾性率が大きく、厚みも同等以上ある。これらの条件によって、個別半導体パッケージ13の全体の線膨張係数α1はシリコンの線膨張係数に近づくためにベース基板5の線膨張係数α2よりも小さくなり、個別半導体パッケージ13の線膨張係数α1とベース基板5の線膨張係数α2には大きな差が生じる。そのため、上記端部熱変形量は大きなものとなる。
As a result, a difference of (α1 × (L1 / 2) × ΔT) − (α2 × (L2 / 2) × ΔT) occurs in the end portion thermal deformation amount between the
ところで、半導体素子1の大容量化や高機能化を行う場合、個別半導体パッケージ13の寸法L1が増加する。また、大容量化や高機能化された半導体素子1では発熱量が増加するため、動作時の温度上昇量ΔTが大きくなる。これらL1やΔTの増加も上記端部熱変形量の増加につながるため、接続部で吸収すべき変形量が大きくなる。一方、実装密度を上げるためには個別半導体パッケージ13の長さL1とベース基板5の長さL2の差を小さくする必要がある。L2とL1の差は接続部の長さ自体であるので、接続部の長さを小さくする必要がある。したがって、大容量・高機能な半導体素子を高密度に実装する場合、変形すべき吸収量が大きくなる一方、変形を吸収する接続部自体の長さが小さくなるため、接合部に大きな応力が発生することが懸念される。そのため、図2(a)に示す比較例1の半導体装置では、接合部の信頼性低下防止が大きな課題となる。
By the way, when the capacity and function of the
図2(b)は個別半導体パッケージ13の片側のみに接続部3を設けた半導体装置70(本実施例)に温度変化ΔTが加わった場合に各部材に生じる熱変形の代表値を示す図である。
FIG. 2B is a diagram showing a representative value of thermal deformation occurring in each member when a temperature change ΔT is applied to the semiconductor device 70 (this embodiment) in which the
本実施例の個別半導体パッケージ13全体の熱変形量やベース基板5全体の熱変形量は、比較例の場合と同様であり、それぞれα1×L1×ΔT、α2×L2×ΔTである。ただし、本実施例では、比較例と異なり片側のみに接続部3があるため、個別半導体パッケージ13全体の熱変形量とベース基板5全体の熱変形量との差は接続部3の無い側の個別半導体パッケージ13の端部の移動で吸収することができる。そのため、本実施例の接続部3は個別半導体パッケージ13全体の熱変形量とベース基板5全体の熱変形量との差を吸収する必要が無い。これによって、本実施例では、接続部3に大きな応力が発生せず、接合部の信頼性を向上することができ、大容量・高機能な半導体素子を高密度に実装する場合であっても、接合部の信頼性を確保できる。
The amount of thermal deformation of the entire
図3は個別半導体パッケージ13間に接続部材を持たずに個別半導体パッケージ13の両側に接続部3を設けた半導体装置(比較例2)が温度降下した場合の変形を、有限要素法を用いて解析した結果を示す。なお、図3では変形を拡大して示している。
FIG. 3 shows the deformation of the semiconductor device (Comparative Example 2) in which the
それぞれの個別半導体パッケージ13には、図3(b)に示すように、上に凸の反り変形が生じている。これは、半導体素子1の線膨張係数が配線部材4やレジン2よりも小さいために生じる現象である。この反り変形によって、個別半導体パッケージ13の両側の接続部3には曲げ変形が生じている。したがって、前述の水平方向の変形だけでなく、この曲げ変形によっても接合部の信頼性低下が懸念される。特に、個別半導体パッケージ13を薄くした場合には、半導体素子1の平面寸法や温度変化量が同じであっても個別半導体パッケージ13の反りが大きくなるので、この曲げ変形による接続信頼性の低下が顕著となる。さらに、個別半導体パッケージ13の反り変形が大きい場合、半導体素子1には大きな曲げ応力が発生する。大きな応力が半導体素子1の回路面に作用すると、動作不良や回路破損の原因にもなりうるため、その対策も課題の1つになる。
As shown in FIG. 3B, each
これに対して本実施例では、それぞれの個別半導体パッケージ13は低弾性の材料である接続部材7で平面的に接続されているため、個別半導体パッケージ13の反り変形を拘束することができる。そのため、接続部3が吸収しなければいけない曲げ変形は非常に小さい。このとき、接続部材7は低弾性であり、せん断剛性は非常に小さいため、図2を用いて説明した水平方向の変形吸収の効果を妨げることは無い。さらに、接続部3は個別半導体パッケージ13の片側のみに設けられているため、わずかに生じる個別半導体パッケージ13の反り変形は接続部3が設けられていない側の移動で吸収できる。ところで、個別半導体パッケージの半導体素子1とフレキシブル基板4を接合する工程は、半導体装置の使用環境よりも高温で行われる。そのため、接合温度よりも低温である使用環境では、個別半導体パッケージには半導体素子1とフレキシブル基板4の線膨張係数差によって上に凸(半導体素子1側が凸)の反り変形が生じる。本実施例では、個別半導体パッケージ13とベース基板5の間に配置されるインターフェイスチップ8が個別半導体パッケージ1よりも小さいため、インターフェイスチップ8の周辺には空間が設けられる。この空間によって、個別半導体パッケージ13の上に凸の反り変形が吸収できることも本発明の特徴の1つである。これらの効果によって個別半導体パッケージの反り変形を吸収できるため、接続部3の信頼性を十分に確保することができる。また、半導体素子1の反り変形を低減することで半導体素子1の内部に発生する曲げ応力も低減できるので、応力起因の動作不良や回路面の破損を防止することができる。
On the other hand, in the present embodiment, each
これらの図2および図3を用いて説明したことから明らかなように、本実施例の半導体装置では、高い信頼性を確保することができる。 As is apparent from the description with reference to FIGS. 2 and 3, the semiconductor device of this embodiment can ensure high reliability.
次に、本実施例の接続部3の接合構造及び接合方法を図4を参照しながら説明する。図4は図1(b)のA部拡大図である。
Next, the joining structure and joining method of the connecting
配線部材4とベース基板5とは、常温の超音波接合法で接合されている。具体的には、ベース基板5の表面に設けられたベース基板表面配線21と、フレキシブル基板4aのベース基板5側の表面に設けられた配線4bとが常温の超音波接合法で接合されている。接合箇所は、それぞれの個別半導体パッケージ13の長辺方向に平行に直線状に設けられているため、フレキシブル基板4aの幅と同等の長さを持つ直線状の接合ツールを用いれば1枚の個別半導体パッケージ13とベース基板5とは1度の工程で接合することができる。したがって、4枚の個別半導体パッケージ13を積層する場合、半導体装置70の組立てに必要な接合工程は4回で良い。本接合方法は接合を室温で行うことができるので熱変形による位置ずれが発生しない。そのため、配線4bを峡ピッチに配置することができるので、大容量なDRAMを積層する場合の様に配線数が多い場合であっても、片側のみに配線4bを引き出すことが可能となる。
The
本実施例では配線部材4とベース基板5の接合に常温超音波接合を用いているが、接合が必要な配線数やピッチ幅の条件によっては、はんだによる接合など他の接合方法を用いることもできる。はんだによる接合を用いる場合、常温超音波接合と比較して接合に必要な面積が大きくなる。また、はんだ融点以上までの加熱が必要になるため熱変形による位置ずれも懸念される。このため、常温超音波接合と比較すると接続ピッチ幅を大きくする必要があるので、同じ面積の中に接合できる配線数は減少する。一方で、すべての個別半導体パッケージ13をベース基板5上に配置した後にリフローを行うことで、一度の工程で全ての個別半導体パッケージ13をベース基板5に接合することができるという利点がある。したがって、ベース基板5と個別半導体パッケージ13との間の接続配線数が少ない半導体装置に適した接続方式である。
In this embodiment, room temperature ultrasonic bonding is used for bonding the
次に、本実施例の半導体装置70を用いた半導体モジュール80を図5及び図6を参照しながら説明する。
Next, a
図5は本実施例の半導体装置70を用いた半導体モジュール(メモリモジュール)80を示す図であり、図5(a)はその上面図、図5(b)はその正面図である。
FIG. 5 is a view showing a semiconductor module (memory module) 80 using the
モジュール基板31は8層の配線層を持つガラスエポキシ基板であり、その一辺に端子32を持つ。モジュール基板31の1つの面に半導体装置70を9個並べて配置し、それを両面に配置することで、1枚のモジュール基板31上に合計18個配置している。この場合、1個の積層半導体パッケージ12がモジュール基板31上を占める面積は積層を行わない場合とほぼ同じであるため、1枚のモジュール基板31上に積層を行わない場合と同じ数の積層半導体パッケージ12を搭載できる。したがって、1枚のモジュール基板31上に搭載できる半導体素子1の数は積層を行わない場合の積層数倍となり、大容量化が可能となる。本実施例の場合、1つの積層半導体パッケージに4枚の半導体素子1を積層しているため、積層を行わない場合の4倍の容量とすることができる。
The
一般にモジュール基板31上に積層半導体パッケージ12を実装した場合、モジュール基板31と積層半導体パッケージ12の接続部であるはんだボール6の接続信頼性が課題となる。これは、はんだボール6の上部に位置するベース基板5の熱変形量が積層半導体パッケージ12に搭載される半導体素子1の影響を受けて小さくなることで、はんだボール6の下部に位置するモジュール基板31との熱変形量が大きくなるためである。ところが、本実施例の半導体装置70では、モジュール基板31と接続するベース基板5に直接接合されている半導体はインターフェイスチップ8のみであり、その上部に積層される4枚の半導体素子1はベース基板5の端部1箇所でのみ接続されている。そのため、上部に積層される4枚の半導体素子1はベース基板5の熱変形に影響を及ぼさず、影響を及ぼすのは平面寸法の小さいインターフェイスチップ8のみとなるので、その影響が小さい。この結果、ベース基板5とモジュール基板31の熱変形量差は小さくなり、その間を接続するはんだボール6の接続信頼性を確保することができる。なお、インターフェイスチップ8と個別半導体パッケージ13の間には接続部材7が配置されているが、これは低弾性の材料であるので、個別半導体パッケージ13が接続部材7を介してベース基板5の熱変形に及ぼす影響は小さい。
In general, when the
この様に半導体モジュール(メモリモジュール)を構成することで、個別半導体パッケージの段階、ベース基板5に積層半導体パッケージが接続された半導体装置の段階、半導体モジュールの段階と各段階での検査が可能となる。そのため、ハイエンド製品向けの半導体素子の様に製造時の歩留まりが良好でない半導体素子や、組立て工程において不良発生が懸念される半導体素子を用いる場合にも適した構成である。特に、メモリモジュールにおいては、モジュール基板31に数多くの半導体素子1を搭載する必要があるため、個別半導体パッケージを直接モジュール基板31に接続するのではなく、ベース基板5を介してモジュール基板31に接続することが望ましい。
By configuring the semiconductor module (memory module) in this way, the individual semiconductor package stage, the semiconductor device stage in which the stacked semiconductor package is connected to the
図6は本実施例の半導体装置と放熱板を用いた半導体モジュール(メモリモジュール)80を示す図であり、図(6a)はその上面図、図6(b)はその正面図である。 FIG. 6 is a view showing a semiconductor module (memory module) 80 using the semiconductor device and the heat sink of the present embodiment. FIG. 6A is a top view thereof, and FIG. 6B is a front view thereof.
前述の様にそれぞれの半導体素子1はインターフェイス機能を持たず、その機能はインターフェイスチップ8に集約することで全体の発熱量を低減して半導体素子1の動作時の温度上昇を防止している。しかしながら、図6に示す様に半導体装置70を一方向に並べて配置するメモリモジュールでは、それぞれの半導体装置70の発熱が隣接する半導体装置70に影響するため、モジュール基板31の端に配置された半導体装置70よりもモジュール基板31の中心付近に配置された半導体装置70の温度が上昇することが懸念される。そこで、図6に示す様に、熱伝導率の良い放熱板41をモジュール基板31の両面を覆うように配置することで、モジュール基板31の端の半導体装置70と中心付近の半導体装置70の温度差を低減することができる。本実施例では、放熱板41にはCu合金を用い、表面は黒色に塗装することで輻射性を向上している。
As described above, each of the
また、放熱板41とそれぞれの半導体装置70との間の熱抵抗を低減するため、放熱板41と半導体装置70との間には熱伝導率の高い熱伝導部材42を配置している。本実施例では、熱伝導部材42に低弾性の樹脂を用いている。熱伝導部材42に低弾性の材料を用いることで、それぞれの積層半導体パッケージの高さバラツキを吸収することができるので、積層半導体パッケージ12の高さがそれぞれ異なる場合であっても、積層半導体パッケージ12の温度上昇を低減させることができる。
Further, in order to reduce the thermal resistance between the heat radiating plate 41 and each
また、半導体装置70の上部に金属製の放熱板41と低弾性の熱伝導部材42が配置されていることで、外部から荷重や衝撃などが加えられた場合であっても、放熱板41の剛性と熱伝導部材42の衝撃吸収性で、積層半導体パッケージ12及びモジュール基板31に負荷される力を低減することができるので、外力や衝撃に強い半導体装置とすることができる。
In addition, since the metal heat sink 41 and the low-elasticity heat conductive member 42 are arranged on the upper portion of the
次に、本実施例の個別半導体パッケージ13の製造方法を図7を参照しながら説明する。図7は本実施例の半導体装置70を構成する個別半導体パッケージ13の製造方法を示す工程図である。なお、各工程図において、上図が平面図で、下図が断面図である。
Next, a method for manufacturing the
まず、図7(a)の様に、穴61を設けたポリイミド製のフレキシブル基板4aの表面にCuの配線4bを設けて構成された配線部材4を用意する。配線4bはエッチングによって配線加工が施された後、NiやAuのメッキが施されている。このとき、フレキシブル基板4aに設けられた穴61には、その穴61を跨ぐように配線4bが設けられている。
First, as shown in FIG. 7A, a
次いで、図7(b)の様に、半導体素子1を配線部材4に接着する。このとき、半導体素子1の回路面と配線部材4の配線4bを持たない面が接する様に接着される。また、半導体素子1の外部入出力用の端子62は、フレキシブル基板4aに設けられた穴61の位置に配置されるように位置合わせされている。
Next, the
次いで、図7(c)の様に、半導体素子1の外部入出力用の端子62と配線4bをボンディングによって接合する。このとき、フレキシブル基板4aの穴61を跨ぐように配置されていた配線4bはボンディングツールによって切断された後、半導体素子1の端子62と接合される。
Next, as shown in FIG. 7C, the external input /
最後に、図7(d)に示す様に、ボンディング箇所及び半導体素子1と配線部材4との接続部をレジンで封止する。本実施例では、液状のエポキシ系のポッティングレジンを塗布した後に温度を上昇することでレジン2を硬化させている。以上の工程を用いることで、本実施例の個別半導体パッケージ13を製造することができる。
Finally, as shown in FIG. 7D, the bonding portion and the connection portion between the
次に、本実施例の半導体装置70の製造方法を図8を参照しながら説明する。図8は本実施例の半導体装置70の製造方法を示す工程図である。
Next, a method for manufacturing the
まず、図8(a)の様に、ベース基板5の表面にインターフェイスチップ8を実装する。本実施例では、インターフェイスチップ8の回路面側がベース基板5に面するように配して、フリップチップ接続をしている。また、接続部はレジン9で封止することで信頼性を確保している。本実施例の様に、インターフェイスチップ8をベース基板5にフリップチップ接合することで、ワイヤボンディングなどを用いて実装する方法と比較して実装に必要な高さを小さくすることができるので、半導体装置70の厚さを低減できる。
First, as shown in FIG. 8A, the
次いで、図8(b)の様に、インターフェイスチップ8の上に個別半導体パッケージ13を配置する。インターフェイスチップ8と個別半導体パッケージ13との間には、接続部材7を挟む。
Next, as illustrated in FIG. 8B, the
次いで、図8(c)の様に、個別半導体パッケージ13の配線部材4とベース基板5とを超音波接合する。以下、積層する個別半導体パッケージ13の数だけ図8(b)及び図8(c)の工程を繰り返すことにより、図8(d)の様に、積層半導体パッケージ12を構成する。このとき、個別半導体パッケージ13とベース基板5との接合部を、後の工程ほどベース基板5の端部に近くなるようにすることで、それぞれの個別半導体パッケージ13の配線部材4が交差することを防いでいる。
Next, as shown in FIG. 8C, the
最後に、図8(e)の様に、ベース基板5の下面にはんだボール6を設けることで、半導体装置70が完成する。なお、各接着工程、レジン封止工程、はんだ取り付け工程では温度履歴が必要となる。これらの温度管理工程は、各工程単独に行うことも可能であるし、同時に行うことで工程を短縮することもできる。
Finally, as shown in FIG. 8E, by providing the
以上の説明から明らかなように、本実施例によれば、半導体装置70に熱負荷が加わった場合に生じる各部材の熱変形量差を各部材に大きな応力を発生させることなく吸収することができ、熱負荷に対する信頼性の高い半導体装置70を提供できる。個別半導体パッケージ13はベース基板5に対して一方向のみで接続されていることから、個別半導体パッケージ13とベース基板5との熱変形量差を、接続されていない側の伸縮で吸収することができるので、半導体パッケージとベース基板との接続部に大きな応力が発生することは無い。また、個別半導体パッケージ13はベース基板と一方向のみで接続されていることから、個別半導体パッケージ13の反り変形によって接続部3に大きな応力が発生することも防止できる。そのため、薄い半導体素子1を用いることが可能となり、同じ厚さの中により多くの半導体素子を積層することが可能となる。また、半導体素子1自体も接続部3からの圧縮や引張り、曲げなどの荷重を受けないので、半導体素子1に生じる応力を低減できる。さらに、半導体素子1の反り変形自体が小さくなるので、半導体素子1に生じる曲げ応力も低減できる。さらに、それぞれの個別半導体パッケージ13とベース基板5との接続箇所がそれぞれの半導体素子1に対して片側のみであるので、接続箇所の面積を低減することができ、半導体素子1の実装密度が向上することができる。この結果、従来よりも高機能・大容量でより省スペースな半導体装置を提供することができる。
As is apparent from the above description, according to the present embodiment, it is possible to absorb the difference in thermal deformation of each member that occurs when a thermal load is applied to the
次に、本発明の第2実施例について図9を用いて説明する。図9は本発明の第2実施例の半導体装置70を示す図で、図9(a)はその正面図、図9(b)は図9(a)のB部拡大図である。なお、第2実施例〜第10実施例は、以下の各実施例の説明で述べる点で第1実施例と相違するものであり、その他の点については第1実施例と基本的には同一である。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIGS. 9A and 9B are diagrams showing a
第2実施例は、配線部材4に配線4bを2層持つ点で第1実施例と相違している。すなわち、配線部材4は、フレキシブル基板4aの両面に配線4bを持つことで構成されている。このように、配線4bを2層もつことで配線部の電気特性を改善することができ、さらに高速での動作が可能な半導体装置とすることができる。その一方、フレキシブル基板4aの両面に配線4bがあることで、配線部材4の曲げ剛性が増加するため、配線部材4の曲げ加工に必要な荷重や曲げ加工に対する反発力が増加する。曲げ剛性を低減する方法として、使用するフレキシブル基板4aや配線4bの厚みを小さくすることや、配線部材4の一部に穴を設けること、配線4bのパターン形状の改善などを施すことができる。
The second embodiment is different from the first embodiment in that the
次に、本発明の第3実施例について図10を用いて説明する。図10は本発明の第3実施例の半導体装置70を示す図で、図10(a)はその正面図、図10(b)はその変形例を示す図である。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 10A and 10B are views showing a
第3実施例は、配線部材4とベース基板5の接続部がベース基板の両側に設けられている点で第1実施例と相違している。図10(a)では、ベース基板に一番近い個別半導体パッケージ13と3番目に近い個別半導体パッケージ13の配線部材4はベース基板5の図において左側で接続しており、ベース基板5から2番目に近い個別半導体パッケージ13と4番目に近い個別半導体パッケージ13の配線部材4はベース基板5の図において右側で接続している。この様に接続部3を配置する場合であっても、それぞれの個別半導体パッケージ13において、配線部材4は個別半導体パッケージ13の片側のみから引き出され、ベース基板5と片側のみで接続していることは、第1実施例と同様である。したがって、第1実施例を用いて説明した信頼性向上のメカニズムは第3実施例においても成り立つ。また、本実施例を用いた場合、片側の配線部材4の数が半分になるため、それぞれの配線部材の干渉や接触を防止し易くなる。
The third embodiment is different from the first embodiment in that connection portions between the wiring
図10(b)は、図10(a)と同様に配線部材4とベース基板5の接続部がベース基板の両側に設けられている実施例であり、図10(a)との相違点はベース基板5に1番目に近い個別半導体パッケージ13と2番目に近い個別半導体パッケージ13の配線部材4がベース基板5の図において右側で接続しており、3番目に近い個別半導体パッケージ13と4番目に近い個別半導体パッケージ13の配線部材4がベース基板5の図において左側で接続している点である。この様に接続部を配置することで、1番目の個別半導体パッケージ13と2番目の個別半導体パッケージ13をベース基板5に超音波接合する際にベース基板5を大きな移動や回転させることなく行うことができるので、接合に要する設備や工程時間を短縮することができる。3番目の個別半導体パッケージ13と4番目の個別半導体パッケージ13を接合する場合も同様である。
FIG. 10B shows an embodiment in which the connection parts between the wiring
なお、図10(a)及び図10(b)では半導体装置70の正面図を用いて実施例を説明したために配線部材4はベース基板5の左右両側に配置されている例を示したが、配線部材4をベース基板5の4辺それぞれに引き出すことも可能である。
10 (a) and 10 (b), an example in which the
次に、本発明の第4実施例について図11を用いて説明する。図11は本発明の第4実施例の半導体装置70の正面図である。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a front view of a
第4実施例では、積層半導体パッケージ12を、モールドレジン101で封止している点が第1実施例と相違する。第4実施例の様にモールドレジン101で積層半導体パッケージ12を封止した場合、第1実施例で説明した熱変形量差を接続部の無い側の移動で吸収する効果は低減するが、その代わりに信頼性の確保が課題となる配線部材4とベース基板5の接合部などをモールドレジン101で封止して強化することで信頼性を確保できる。個別半導体パッケージ13の反り変形についても、モールドレジン101で封止することで低減できるので、反りによる素子の動作不良や破損を防止することができる。また、ベース基板5の寸法は第1実施例と同じであるので、実装密度は第1実施例と同様に高い。
The fourth embodiment is different from the first embodiment in that the
次に、本発明の第5実施例について図12を用いて説明する。図12は本発明の第5実施例の半導体装置70を示す図で、図12(a)はその正面図、図12(b)は図12(a)の半導体装置70に用いるパッケージ固定部材111の斜視図である。
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 12A and 12B show a
第5実施例では、積層した最上層の個別半導体パッケージ13の上面とベース基板5の下面をパッケージ固定部材111で圧縮することで固定している点が、第1実施例との相違点である。このとき、固定部材111にバネ材のような弾性範囲の大きい材料を用いて個別半導体パッケージ13をベース基板5の方向に押さえることで、曲げ加工をした配線部材4の反発力で個別半導体パッケージ13がベース基板5から遠ざかる方向に移動しようとする力を打ち消すことができる。このとき、半導体装置70が使用される全ての温度域において個別半導体パッケージ13をベース基板5の方向に押さえることが望ましいが、一部の温度域において押さえつけることができれば、少なくともその温度域では効果を得ることができる。
The fifth embodiment is different from the first embodiment in that the upper surface of the stacked uppermost
また、パッケージ固定部材111のベース基板5と接触する面はコの字型の形状とすることで、はんだボール6とパッケージ固定部材111との接触を防ぐことができる。第5実施例の様に、パッケージ固定部材111を用いて個別半導体パッケージ13を固定することで、接続部材7は接着力を持つ必要がなくなる。このため、接続部材7に用いることができる材料の幅を広げることができる。また、パッケージ固定部材111に熱伝導率の良い材料を用いることで、個別半導体パッケージ13の上面とベース基板5の下面の温度差を低減することができる。その結果、それぞれの積層された半導体素子1やインターフェイスチップ8の温度差が低減され、半導体素子1やインターフェイスチップ8の最高温度を低下させることができる。第5実施例では、パッケージ固定部材111にCu合金を用いることで、上記の特徴を効果的に活用している。
Further, the surface of the
次に、本発明の第6実施例について図13を用いて説明する。図13は本発明の第6実施例の半導体装置70の正面図である。
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 13 is a front view of a
第6実施例では、配線部材4がベース基板5の上でU字型に曲げられ、半導体素子1が積層される位置でベース基板5の反対側(図における上側)となる面が、ベース基板5と接続する面と同じ面である点が第1実施例との相違点である。第6実施例と第1実施例とを選択的に用いることで、配線部材4のどちらの面に配線4bが設けられている場合でもベース基板5との接続が可能になる。さらに第6実施例の場合、個別半導体パッケージ13とベース基板5の接続部を積層される半導体素子1の下側、すなわちインターフェイスチップ8の近傍に配置することができるので、ベース基板の寸法を小さくできる。その結果、半導体装置70の平面寸法を低減することができ、さらに実装密度を高めることができる。
In the sixth embodiment, the
次に、本発明の第7実施例について図14を用いて説明する。図14は本発明の第7実施例の半導体装置70の正面図である。
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 14 is a front view of a
第7実施例では、積層されるそれぞれの個別半導体パッケージにおいて、配線部材4が半導体素子1よりも上側(ベース基板5から遠い位置)に配置される点が第6実施例との相違点である。この場合、半導体素子1の回路面が上側(ベース基板5から遠い位置)に配置されることになる。第6実施例と第7実施例を選択することで、配線部材4のどちらの面に配線4bが設けられている場合でもベース基板5との接続が可能になる。
The seventh embodiment is different from the sixth embodiment in that the
次に、本発明の第8実施例について図15及び図16を用いて説明する。図15は本発明の第8実施例の半導体装置70を示す図で、図15(a)はその正面図、図15(B)は図15(a)の半導体装置70の変形例を示す図、図16は図15(a)の半導体装置70の製造方法を示す工程図である。
Next, an eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 15A and 15B are diagrams showing a
第8実施例では、それぞれの個別半導体パッケージ13の配線部材4とベース基板5の接続部3がベース基板5の下面に設けられている点が、第1実施例との相違点である。このように接続部3を配置することで、接続部3を半導体素子1の下側、すなわち、はんだボール6の近傍に設けることができるので、積層半導体パッケージ12の平面寸法を低減してさらに実装密度を高めることができる。また、接続部3をベース基板5の上面に配置する場合と比較して、ベース基板5の厚さ分だけ配線部材4の曲率半径を大きくすることができる。その結果、配線部材4に発生する曲げ応力を低減できるので、配線4の信頼性を向上できる。また、曲率半径が大きくなるので、曲げ剛性の大きい配線部材4の使用も可能になる。
The eighth embodiment is different from the first embodiment in that the
また、図15Bに示す変形例の場合、インターフェイスチップ8をベース基板5の下面に設けることで半導体装置70の高さをさらに低減することができる。その結果、より薄いスペースへの搭載が可能な半導体装置70とすることができる。
In the modification shown in FIG. 15B, the height of the
図15Aに示す半導体装置の製造方法を図16を参照しながら説明する。個別半導体パッケージ13の製造方法は第1実施例と同様であるので省略する。
A method for manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 15A will be described with reference to FIG. Since the manufacturing method of the
まず、図16(a)の様に、ベース基板5の表面にインターフェイスチップ8を実装する。この工程は第1実施例の製造方法と同様である。
First, as shown in FIG. 16A, the
次いで、図16(b)の様に、個別半導体パッケージ13の配線部材4をベース基板5の下面端部に接合する。第8実施例の接合方法には、第1実施例と同様に常温超音波接合を用いている。
Next, as shown in FIG. 16B, the
次いで、図16(c)の様に、積層する個別半導体パッケージ13の数だけ接合の工程を繰り返す。このとき、既に接合した個別半導体パッケージ13と新たに接合する個別半導体パッケージ13を接続した後に配線部材4とベース基板5を接合することで、接合部の位置合わせを容易にすることができる。
Next, as shown in FIG. 16C, the bonding process is repeated by the number of
次いで、図16(d)の様に、配線部材4を180度折り曲げることで、積層された個別半導体パッケージ13をインターフェイスチップ8の上面に接続する。このとき、ベース基板5の端部を配線部材4の折り曲げ加工のガイドとして用いることで、容易に配線部材4の折り曲げ加工を行うことができる。なお、このとき、ベース基板5の端部角部に丸め加工を施すことで、ベース基板5の端部で配線部材4にキズなどが生じることを防止できる。
Next, as shown in FIG. 16D, the
最後に、図16(e)の様にベース基板下面にはんだボール6を設けることで、半導体装置70が完成する。なお、各接着工程、レジン封止工程、はんだ取り付け工程では温度履歴が必要となる。これらの温度管理工程は、各工程単独に行うことも可能であるし、同時に行うことで工程を短縮することもできる点は、第1実施例の製造方法と同様である。
Finally, the
以上、本発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その趣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。また、それぞれの実施例を組み合わせて実施することも当然可能である。 Although the present invention has been specifically described above based on the embodiments, it is needless to say that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. Of course, it is also possible to carry out the embodiments in combination.
1…半導体素子、2…レジン、3…接続部、4…配線部材、4a…フレキシブル基板、4b…配線、5…ベース基板、6…はんだボール、7…接続部材、8…インターフェイスチップ、9…レジン、10…インターフェイスチップ外形、11…はんだボール、12…積層半導体パッケージ、13…個別半導体パッケージ、21…ベース基板表面配線、22…接合ツール跡、31…モジュール基板、32…端子、41…放熱板、42…熱伝導部材、61…穴、62…端子、70…半導体装置、80…半導体モジュール、101…モールドレジン、111…パッケージ固定部材。
DESCRIPTION OF
Claims (14)
前記積層半導体パッケージと装置外部とのインターフェイスとして機能するインターフェイスチップを搭載したベース基板とを備え、
前記半導体素子に固定された前記配線部材の少なくとも前記配線を当該半導体素子の片側のみから延ばして前記ベース基板に接続した半導体装置において、
前記インターフェイスチップの平面寸法は前記個別半導体パッケージに搭載されている前記半導体素子の平面寸法よりも小さく、前記インターフェイスチップは、前記個別半導体パッケージの上に凸の反り変形を吸収するための空間を周辺に有して、前記積層半導体パッケージと前記ベース基板の間に配置されていることを特徴とする半導体装置。 A laminated semiconductor package configured by laminating a plurality of individual semiconductor packages each having a semiconductor element fixed to a wiring member made of a flexible substrate and wiring; and
A base substrate mounted with an interface chip that functions as an interface between the stacked semiconductor package and the outside of the device;
In the semiconductor device in which at least the wiring of the wiring member fixed to the semiconductor element extends from only one side of the semiconductor element and is connected to the base substrate.
The planar dimension of the interface chip is smaller than the planar dimension of the semiconductor element mounted on the individual semiconductor package, and the interface chip surrounds a space for absorbing convex warpage deformation on the individual semiconductor package. The semiconductor device is disposed between the stacked semiconductor package and the base substrate.
前記個別半導体パッケージに搭載される前記半導体素子の平面寸法よりも小さいインターフェイスチップをベース基板に実装する工程と、
前記個別半導体パッケージを前記インターフェイスチップ上に複数積層して前記個別半導体パッケージの上に凸の反り変形を吸収するための空間を前記インターフェイスチップの周辺に有した積層半導体パッケージを構成する工程と、
前記個別半導体パッケージから延長された前記配線を前記ベース基板に接続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。 A step of configuring an individual semiconductor package by fixing a wiring member composed of a flexible substrate and wiring to the semiconductor element so that the wiring is extended at least from only one side of the semiconductor element;
A step of mounting a smaller interface chip than the planar dimension of the semiconductor device in which the mounted into individual semiconductor package base over scan substrate,
Forming a plurality of the individual semiconductor packages on the interface chip, and forming a laminated semiconductor package having a space around the interface chip to absorb convex warpage deformation on the individual semiconductor package ;
And a step of connecting the wiring extended from the individual semiconductor package to the base substrate.
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