JP4339309B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

本発明は半導体装置に係り、特に、複数の半導体装置を積層して三次元構造として実装密度の向上を図るのに好適な半導体装置に関する。

電子機器の小型化、軽量化、薄型化に伴い、電子機器に使用される半導体装置にも小型化、薄型化が要求されている。このような要求に対処すべく、半導体装置のパッケージは、４方向に端子がガルウィング状に延出した表面実装用のＱＦＰから、パッケージの底面に外部接続端子をエリアアレイ状に配置したＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）型パッケージ或いはＣＳＰ（チップサイズパッケージ）へと移行してきている。

このような半導体パッケージにおいて、半導体チップを再配線基板（インターポーザ）に実装し、インターポーザにより半導体チップの周囲に外部接続用端子を配置したいわゆるファンアウト型のパッケージが多く使用されている（例えば、特許文献１参照）。

図１は従来のファンアウト型の半導体装置の断面図である。図１において、半導体チップ３はポリイミド基板又はガラスエポキシ基板よりなるインターポーザ１に搭載され、封止樹脂２により封止されている。半導体チップ３はフェイスアップの状態でＤＢ材（ボンディング材）６によりインターポーザ１に固定されている。インターポーザ１の上面にはボンディングパッド５及びボールパッド８が形成されており、それぞれ配線パターンにより接続されている。

半導体チップ３の電極とボンディングパッド５とはＡｕワイヤ４により接続されている。また、インターポーザ１の半導体チップ３が搭載された面は、半導体チップ３、Ａｕワイヤ４、ボンディングパッド５等を保護するためにエポキシ系樹脂等よりなる封止樹脂２により封止されている。インターポーザ１のボールパッド８及びボンディングパッド５に対応する位置には、その下面側からスルーホール（ＶＩＡホール）９が設けられ、ボールパッド８及びボンディングパッド５にハンダボール７が設けられている。したがって、半導体チップ３はインターポーザ１を介して外部接続端子であるハンダボール７に電気的に接続されており、ハンダボール７はインターポーザ１の下面側に突出して設けられている。

図２は従来のフリップチップ実装型のＣＳＰ（チップサイズパッケージ）の断面図である。図２において、図１に示した構成部品と同じ部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。

図２において、半導体チップ３はフェイスダウンの状態でインターポーザ１にフリップチップ実装されている。すなわち、半導体チップ３は接続用バンプ１２を有しており、接続用バンプ１２がボンディングパッド５に接続されている。半導体チップ３とインターポーザ１との間にはアンダーフィル材１１が充填され、半導体チップ３はインターポーザ１に固定されている。図１に示した半導体装置と同様に、インターポーザ１にはスルーホール（ＶＩＡホール）９が設けられ、ハンダボール７がインターポーザ１の下面側に突出して設けられている。
国際公開９９／５７７６５号パンフレット（特表２００２−５１４０１４号公報）

上述の半導体パッケージでは、半導体チップを含めたパッケージの実装面積を縮小することにより、パッケージのサイズはほとんど半導体チップサイズまで縮小されている。したがって、パッケージ構造の二次元的な縮小は略限界に達しているものと考えられ、今後は半導体装置の小型化を三次元的に考えることが必要となってきている。すなわち、半導体装置の実装面積ばかりでなく、実装体積をいかに小さくするかといったことが重要となってきている。

本発明は上述の課題に鑑みなされたものであり、半導体装置パッケージを簡単な構造により積層して一体化することにより半導体装置を三次元的に実装可能とした半導体装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。

請求項１記載の発明は、
積層される半導体装置であって、
第１及び第２の半導体素子と、
積層方向に対する上側に位置し前記第１の半導体素子が搭載される第１の面と、前記積層方向に対する下側に位置し該第２の半導体素子が搭載される第２の面とを有する再配線基板と、
前記再配線基板の前記第１の面上で、前記第１の半導体素子の周囲に配置された第１の電極パッドと、
前記再配線基板の前記第２の面上で、前記第２の半導体素子の周囲に配置された第２の電極パッドと、
前記第１の半導体素子と前記第１の電極パッドを電気的に接続する第１のワイヤと、
前記第２の半導体素子と前記第２の電極パッドを電気的に接続する第２のワイヤと、
前記第１の面上で前記第１の半導体素子及び前記第１のワイヤを封止する第１の封止樹脂と、
前記第２の面上で前記第２の半導体素子及び前記第２のワイヤを封止する第２の封止樹脂と、
積層された状態において、前記積層方向に対する最下段に位置する前記再配線基板の前記第２の電極パッドに設けられた第１の突起電極と、
積層された状態において、前記積層方向に対する上側に配設された前記再配線基板の前記第２の電極パッドと、前記積層方向に対する下側に配設された前記再配線基板の前記第１の電極パッドとの間に設けられた第２の突起電極とを有し、
前記第１の突起電極の高さを、前記最下段に位置する前記第２の封止樹脂の封止高さより高くし、
積層された状態において、前記積層方向に対する上側に配設された前記再配線基板の前記第２の封止樹脂の封止高さと、前記積層方向に対する下側に配設された前記再配線基板の前記第２の封止樹脂の封止高さとの総和よりも高くし、
前記第１及び第２の封止樹脂は、前記第１及び第２のワイヤを封止する部分以外の高さを、前記第１及び第２のワイヤを封止する部分の高さよりも低くし、
かつ、積層された状態において、前記積層方向に対する上側に配設された前記再配線基板の前記第２の半導体素子と、前記積層方向に対する下側に配設された前記再配線基板の前記第１の半導体素子との位置を相対的にずらし、前記第２の封止樹脂の前記第２のワイヤを封止した部分と、前記第１の封止樹脂の前記第１のワイヤを封止した部分が重ならないよう構成する。

上述の如く本発明によれば、簡単な構成で高さの小さい半導体装置の積層構造を実現することができる。

次に、本発明を実施するための最良の形態について図面と共に説明する。

図３は本発明の第１参考例による半導体装置４０の断面図である。図３に示した半導体装置４０は、ワイヤボンディング接続されたファンアウト型の半導体装置である。図３において、図１に示した構成部品と同じ部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。

図３に示した半導体装置４０において、半導体チップ３は片面配線基板よりなるインターポーザ１の配線面側に搭載される。インターポーザ１はポリイミドテープ基板、ガラスエポキシ基板又は有機基板（ポリカーボネート）等より形成される。半導体チップ３はＤＢ材６によりインターポーザ１に固定され、Ａｕワイヤ４によりワイヤボンディングすることにより半導体チップ３とインターポーザ一上に形成されたボンディングパッド５とは電気的に接続される。ボンディングパッド５は配線パターンによりボールパッド８に接続される。ボールパッド８の表面は、ハンダボール７を設ける部分を除いてハンダレジスト１０により覆われる。ハンダボール７は、半導体チップ３が搭載される面側のボールパッド８上に設けられる。

インターポーザ１の半導体チップ３搭載面の反対側の面には、ボールパッド８まで延在するスルーホール（ＶＩＡ）９が設けられる。すなわち、スルーホール９はインターポーザ１の基板を貫通して設けられる貫通孔である。したがって、ボールパッド８のハンダボール７が設けられた面の反対側の面は、スルーホール９内で露出している。後述のように半導体装置を積層して接続可能とするため、スルーホール９の大きさは、ハンダボール７を接続するのに十分な面積のボールパッド８が露出するような大きさに設定される。

半導体チップ３及びボンディングパッド５は封止樹脂２により封止されるが、ハンダレジスト１０によりハンダボ−ル搭載部分のみ露出したボールパッド８は封止されない。よって、ハンダボール７は、ハンダレジスト１０により露出したボールパッド８上に設けられる。すなわち、ハンダボール７はインターポーザ１の半導体チップ搭載面側において、半導体チップ３の周囲に配列される。

半導体チップ３は薄型化された半導体チップであり、封止樹脂２による封止高さ（封止樹脂２により封止した部分のボールパッド８からの高さ）は、ハンダボール７の高さ（ハンダボール７のボールパッド８からの高さ）より低く設定される。すなわち、ハンダボール７の高さは封止樹脂２による封止高さより高くなるように設定され、後述するように同じ構造を有する半導体装置を容易に積層して接続可能な構造となっている。このように、封止樹脂２の高さを低くするには、ワイヤボンディングを使用する場合、液状レジンを用いることが有効である。また、真空印刷装置を併用することにより、より低く安定した封止高さを実現することができる。

図４は、本実施の形態による半導体装置であって、半導体チップをフリップチップ実装する場合の例を示す断面図である。図４において、図３に示す構成部品と同じ部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。

図４に示すように、半導体チップ３の接続にフリップチップ実装を用いることにより、封止樹脂２による封止高さを図３に示す場合よりさらに低くすることができる。すなわち、Ａｕワイヤ４に代えて半導体チップ３に形成された突起電極１２により、半導体チップ３とインターポーザ１との電気的接続を行うことで、封止高さを低く押さえるものである。突起電極１２としては、Ａｕバンプ或いはハンダバンプ等が用いられる。

半導体チップ３とインターポーザ１との間には、一般的にアンダーフィル材１１が注入され、突起電極１２とボンディングパッド５との接続を補強している。このアンダーフィル材１１の注入を、ハンダボール７を形成した後に行うことにより、ハンダボール７とボールパッドとの接合部にもアンダーフィル材１１を供給することができ、ハンダボール７の接続を補強することができる。これにより、半導体装置を基板に実装する二次実装の信頼性を高めることができる。

図４に示した半導体装置は、封止樹脂２により半導体チップ３全体を封止するいわゆるオーバーモールドタイプであるが、フリップチップ実装の場合は封止樹脂２による封止を省くことにより、封止高さ（この場合封止高さは半導体チップ３の上面の高さとなる）をより低くすることができる。

上述の図３及び図４に示した半導体装置は、片面配線のインターポーザ１を使用することにより、低コストにて製造することができる。また、スルーホール９にはスルーホールメッキを施す必要がなく、微細な配線にも対応することができる。

図５は図３に示したワイヤボンディング接続を用いた半導体装置のボンディングパッド５とボールパッド８との位置関係を示す平面図である。本実施の形態による半導体装置に使用されるインターポーザ１は、図５に示すように、半導体チップ３に対向する面上にも配線パターンを形成可能である。このため、ボンディングパッド５とボールパッド８の配置関係を自由に設定することができ、ボンディングパッド５とボールパッド８とを狭い面積内で効率的に配置することができる。

なお、上述の本実施の形態による半導体装置の説明では、ワイヤボンディング及びフリップチップ実装により半導体チップ３とインターポーザ１とを接続した例を図示して説明したが、インターポーザ１をテープ基板とし、ＴＡＢ（テープオートメーティドボンディング）接続により半導体チップ３とインターポーザ１とを接続してもよい。

次に、上述の本発明の第１参考例による半導体装置を複数個積層して接続した構造について説明する。図６は図３に示すようなワイヤボンディングにより半導体チップをインターポーザに接続した半導体装置を二個積層して接続した例を示す断面図である。図７は図４に示すようなフリップチップ実装により半導体チップをインターポーザに接続した半導体装置を二個積層して接続した例を示す断面図である。図６及び図７において、それぞれ図３及び図４に示す構成部品と同じ部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。

図６及び図７に示すように、上側の半導体装置に設けられたハンダボール７は、下側の半導体装置のスルーホール９を介して下側の半導体装置の対応するボールパッド８に接続される。ハンダボールの高さが、封止樹脂２の封止高さより高いので、上側の半導体装置と下側の半導体装置のインターポーザ１の間の間隔はハンダボール７により封止樹脂２の封止高さ以上に保たれる。よって、半導体チップ３は上側の半導体装置のインターポーザ１と下側の半導体装置のインターポーザ１との間に形成された空間に収容される。

このような半導体装置の積層構造において、半導体装置を積層固定するには、単に半導体装置同士を重ねた上で上側の半導体装置のハンダボール７を溶融して下側の半導体装置のボールパッドに接続するだけでよい。したがって、非常に簡単な作業で積層構造を形成することができる。また、上側の半導体装置のハンダボール７は下側の半導体装置のインターポーザ１に形成されたスルーホール９内に配置されるため、自動的に半導体装置同士の位置決めが行われる。

図８は本参考例による半導体装置の変形例である半導体装置の一部を示す断面図である。図８において図６に示す構成部品と同じ部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。図８に示した変形例では、スルーホール９がすり鉢形状に形成されている。スルーホール９をこのような形状とすることにより、半導体装置の位置決め時にハンダボール７をスルーホール９に案内する作用が向上し、半導体装置同士の位置決めがより容易となる。スルーホール９の形状はすり鉢形状に限定されることはなく、スルーホール９の端部を面取りした形状でもよい。

また、積層又は二次実装時のハンダのリフローによるハンダボールの脱落を防止するためには、実装ランド径サイズをスルーホール９の開口径サイズの１．５倍以下にすることが好ましい。より好ましくは、実装ランド径サイズとスルーホール９の開口径サイズとを同等にする。

これにより、上下のハンダ接続部の面積が等しくなり、溶融したハンダが片方に吸い寄せられたり、実装後の接合部に応力が集中したりすることを防止できる。また、積層に使用される半導体のハンダボール７として、高融点のハンダボールを使用することにより、積層構造体をマザーボードへ二次実装する再に積層構造内のハンダボール７が再溶融することを防止することができ、信頼性の高い二次実装を達成することができる。

以上のようなスルーホール９の形状、サイズ及びハンダボール７の材質は、以下に説明する他の変形例及び実施例にも適用可能である。

なお、積層構造の最上段に位置する半導体装置のインターポーザ１には上側からハンダボール７を接続することはないため、図９に示すように、スルーホール９を形成する必要はなく、その分コスト低減となる。また、最上段に位置する半導体装置にもスルーホール９を設けたインターポーザ１を使用した場合、このスルーホール９を介して積層された半導体装置との電気的接触を行うことができ、導通試験等の半導体装置試験を行うことができる。

図１０は上記参考例による半導体装置の積層構造において、上段の半導体装置の電極数を下段の半導体装置の電極数より多くした場合の構成を示す断面図である。図１０において、図６に示す構成部品と同じ部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。

図１０において、上側の半導体装置は電極数が多いため、上側の半導体装置のインターポーザ１Ａを下側の半導体装置のインターポーザ１より大きくしてボールパッド８の他にボールパッド８Ａを設けている。そして、下側の半導体装置と電気的に接続しないボールパッド８Ａは外周部に配置し、このボールパッド８Ａに接続するハンダボール７Ａはハンダボール７より大きく形成する。すなわち、ハンダボール７Ａの高さは下側の半導体装置のハンダボール７までの高さと同等にする。

これにより、上側の半導体装置の電極は、下側の半導体装置の電極を経由しないでマザーボード等の他の基板に電気的に接続することができる。このように、ハンダボールの大きさを異ならせることにより、異なる電極数の半導体装置を積層することができる。このような半導体装置の構成によれば、上側の半導体装置と下側の半導体装置を異なるサイズとすることができ、様々な種類の半導体装置を積層することが可能となる。

図１１は、本参考例による半導体装置における、スルーホール内のボールパッドの変形例を示す断面図である。図１１に示すボールパッド８Ｂは、上側の半導体装置のハンダボール７が接続される面が凸形状に形成されている。このように、ボールパッドを凸形状とすることにより、ハンダボール７との接触面積が増大し、信頼性の高い接続を達成することができる。

なお、上述参考例による半導体装置の積層構造において、積層される半導体装置の半導体チップは同種のチップであってもよいし、異種のチップとすることもできる。また、二個の半導体装置を積層した構成を説明したが、同様な方法により積み重ねることにより、三個以上の半導体装置を積層することもできる。また、本実施の形態における様々な変形例は、以下に説明する他の変形例及び実施例にも適用可能である。

次に、本発明の第２参考例について説明する。図１２及び図１３は本発明の第２参考例による半導体装置の断面図である。図１２は半導体チップをワイヤボンディング接続したものであり、図１３は半導体チップをフリップチップ実装したものである。図１２及び図１３において、図３及び図４に示した構成部品と同じ部品には同じ符号を付す。本発明の第２参考例による半導体装置の構成部品は、上述の第１参考例による半導体装置の構成部品と基本的に同じであり、ここではその相違点についてのみ説明する。

上述の第１参考例による半導体装置では、インターポーザ１の半導体チップ搭載面側、すなわち配線面側にハンダボール７が設けられている。そして封止樹脂の封止高さはハンダボール７の高さより低く設定されている。すなわち、半導体チップ３とハンダボール７とは、インターポーザ１の同じ面側に搭載され、スルーホール９はインターポーザ１の半導体チップ搭載面の反対側の面に設けられている。

これに対して、第２参考例による半導体装置では、ハンダボール７は、インターポーザ１の半導体チップ搭載面の反対側の面に設けられる。すなわち、ハンダボール７はスルーホール９内に露出したボールパッド８の面に対して設けられる。したがって、ハンダボール７は半導体チップ３（封止樹脂２）が設けられた面の反対側に突出するように設けられる。

このような構成において、封止樹脂２の封止高さ（ボールパッド８の表面からの高さ）は、ハンダボール７の高さ（インターポーザ１のチップ実装面の反対側の面からの高さ）より低く設定される。すなわち、ハンダボール７の高さは、封止高さより高いため、後述するように本実施の形態による半導体装置を積層した場合、封止樹脂２による封止部分は上側と下側の半導体装置のインターポーザの間に形成される空間に収容される。

なお、上述の本参考例による半導体装置の説明では、ワイヤボンディング及びフリップチップ実装により半導体チップ３とインターポーザ１とを接続した例を図示して説明したが、インターポーザ１をテープ基板とし、ＴＡＢ（テープオートメーティドボンディング）接続により半導体チップ３とインターポーザ１とを接続してもよい。

次に、上述の本発明の第２参考例による半導体装置を複数個積層して接続した構造について説明する。図１４は図１２に示すようなワイヤボンディングにより半導体チップをインターポーザに接続した半導体装置を二個積層して接続した例を示す断面図である。図１５は図１３に示すようなフリップチップ実装により半導体チップをインターポーザに接続した半導体装置を二個積層して接続した例を示す断面図である。図１４及び図１５において、それぞれ図１２及び図１３に示す構成部品と同じ部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。

図１４及び図１５に示すように、上側の半導体装置に設けられたハンダボール７は、下側の半導体装置のスルーホール９を介して下側の半導体装置の対応するボールパッド８に接続される。ハンダボール７の高さが、封止樹脂２の封止高さより高いので、上側の半導体装置と下側の半導体装置のインターポーザ１の間の間隔はハンダボール７により封止樹脂２の封止高さ以上に保たれる。よって、半導体チップ３は上側の半導体装置のインターポーザ１と下側の半導体装置のインターポーザ１との間に形成された空間に収容される。

このような半導体装置の積層構造において、半導体装置を積層固定するには、単に半導体装置同士を重ねた上で上側の半導体装置のハンダボール７を溶融して下側の半導体装置のボールパッドに接続するだけでよい。したがって、非常に簡単な作業で積層構造を形成することができる。

なお、上述の参考例による半導体装置の積層構造において、積層される半導体装置の半導体チップは同種のチップであってもよいし、異種のチップとすることもできる。また、二個の半導体装置を積層した構成を説明したが、同様な方法により順次積み重ねることにより、三個以上の半導体装置を積層することもできる。

次に、本発明の第３参考例について説明する。図１６及び図１７は本発明の第３参考例による半導体装置を示す断面図である。図１６及び図１７において、図３及び図４に示す構成部品と同じ部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。本参考例による半導体装置は、上述の第１参考例による半導体装置と基本的な構造は同じであり、相違点は、半導体チップ３の下に半導体チップ３Ａが積層されて一体的に樹脂封止されていることである。

図１６において、半導体チップ３より小さい半導体チップ３Ａは緩衝材１３を介して半導体チップ３に積層されている。半導体チップ３及び３Ａは、両方ともＡｕワイヤ４によりインターポーザ１のボンディングパッド５に接続され、封止樹脂２により一体的に封止される。封止樹脂２の封止高さは、上述の第１参考例による半導体装置と同様に、ハンダボール７Ｂの高さより低く設定される。したがって、本実施の形態による半導体装置も、上述の第１参考例による半導体装置と同様に、複数の半導体装置を積層して接続することができる。

図１７に示す半導体装置は、図１６に示す半導体装置において半導体チップ３をフリップチップ実装したものであり、その他の構成は図１６に示す半導体装置と同じである。

また、図示はしないが、半導体装置３をＴＡＢ接続することもできる。また、図１６及び図１７では半導体チップを二個重ねて樹脂封止しているが、半導体チップの封止高さをハンダボール７Ｂの高さより低くできるのであれば、三個以上の半導体装置を積層してインターポーザ１に搭載し、一体的に樹脂封止した構成としてもよい。

次に、本発明の第４参考例について説明する。図１８は本発明の第４参考例による半導体装置を示す断面図である。図１８において、図１２に示す構成部品と同じ部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。本参考例による半導体装置は、上述の第２参考例による半導体装置と基本的な構造は同じであり、相違点は、半導体チップ３の上に半導体チップ３Ａが積層されて一体的に樹脂封止されていることである。

図１８において、半導体チップ３より小さい半導体チップ３Ａは緩衝材１３を介して半導体チップ３に積層されている。半導体チップ３及び３Ａは、両方ともＡｕワイヤ４によりインターポーザ１のボンディングパッド５に接続され、封止樹脂２により一体的に封止される。封止樹脂２の封止高さは、上述の第２参考例による半導体装置と同様に、ハンダボール７Ｂの高さより低く設定される。したがって、本実施の形態による半導体装置も、上述の第１参考例による半導体装置と同様に、複数の半導体装置を積層して接続することができる。

図１８に示す半導体装置は、半導体チップ３及び３Ａをワイヤボンディングしたものであるが、半導体チップ３はフリップチップ実装によりインターポーザ１に実装することもできるし、ＴＡＢ接続により実装してもよい。また、図１８では半導体チップを二個重ねて樹脂封止しているが、封止高さをハンダボール７Ｂの高さより低くできるのであれば、三個以上の半導体装置を積層してインターポーザ１に搭載し、一体的に樹脂封止した構成としてもよい。

また、図１８に示す半導体装置には、封止樹脂２の封止高さより高いハンダボール７Ｂが設けられているが、複数の半導体装置を積層して接続する場合、最下段の半導体装置のハンダボールは基板に接続するためだけなので、大きいハンダボールとする必要はない。



次に、本発明の第１実施例について説明する。図１９は本発明の第１実施例による半導体装置の断面図である。図１９において、図３に示した構成部品と同じ部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。

本実施の形態では、インターポーザ２１として両面配線基板を使用する。したがって、ボンディングパッド５及びボールパッド８はインターポーザ２１の両面に設けられ、半導体チップ３はインターポーザ２１の両面に搭載され樹脂封止される。インターポーザ２１の両面に設けられたボールパッド８又はボンディングパッド５は、ＶＩＡホール２２により互いに電気的に接続される。ＶＩＡホール２２はインターポーザ２１の基板を貫通する孔であり、内面にメッキが施されてインターポーザの両面の電極パッドを電気的に接続するものである。また、両面のボールパッド８のいずれか一方にハンダボール７Ｃが設けられる。

ハンダボール７Ｃの高さは封止樹脂２の封止高さの二倍以上とされ、複数の半導体装置を積層して接続可能となっている。すなわち、本実施の形態による半導体装置を積層して接続した場合、上側に位置する半導体装置のハンダボール７Ｃは、下側の半導体装置のボールパッド８に接続される。上側の半導体装置のインターボーザ２１と下側の半導体装置のインターポーザ２１との間には、上側の半導体チップ３の封止樹脂２と下側の半導体チップ３の封止樹脂２とが収容される。したがって、ハンダボール７Ｃの高さは、封止樹脂２の封止高さの二倍以上とする必要がある。

ここで、積層された複数の半導体装置のうち、最下段に位置する半導体装置には上述のように大きなハンダボール７Ｃを設ける必要はなく、図２０に示すように、下側の半導体チップ３を封止する封止樹脂２の高さ以上とされたハンダボール７であればよい。

なお、本実施の形態による半導体装置も、上述実施例と同様に、半導体チップ３をワイヤボンディングではなく、フリップチップ実装又はＴＡＢ接続としてもよい。

図２１（ａ）及び（ｂ）は、図１９及び図２０に示す半導体装置の変形例を積層した状態を示す模式図である。この変形例では、ボンディングワイヤ（Ａｕワイヤ４）を封止する部分以外は封止樹脂２の高さを低くしてある。そして、上側の半導体装置の半導体チップ３の位置と、下側の半導体装置の半導体チップ２の位置とを相対的にずらすことにより、上側と下側の半導体装置のボンディングワイヤが封止された部分が重ならないようにする。

すなわち、ボンディングワイヤを封止した部分が封止樹脂２の部分で最も高くなる部分であり、この部分を互いにずらして配置することにより、上側の半導体装置のインターポーザ２１と下側の半導体装置のインターポーザ２１との間隔を狭めることができ、積層構造全体の高さを小さくすることができる。なお、一方の半導体装置のボンディングワイヤを封止した部分を、他方の半導体装置のボンディングワイヤ以外の部分を封止した部分に嵌合することにより、半導体装置同士の位置決めを行うこともできる。

次に、図１９及び図２０に示す本発明の第１実施例による半導体装置の製造方法について説明する。

図２２は半導体チップをインターポーザ２１に搭載する工程を示した模式図である。本発明の第１実施例では、半導体チップ３−１及び３−２がインターポーザ２１の両側に搭載される。したがって、例えば下側の半導体チップ３−２を搭載した後で上側の半導体チップ３−１をインターポーザ２１の反対側の面に搭載する際、インターポーザ２１を治具３０に載置して行う。

インターポーザ２１の下側の面にはすでに半導体チップ３−２が搭載されているので、治具３０には半導体チップ３−２が収容される凹部が設けられる。しかし、このままで半導体チップ３−１をインターポーザ２１にダイス付けしようとすると、ダイス付けの際の荷重によりインターポーザ２１が撓んでしまい、下側の半導体チップ３−２が治具３０の凹部の底面に接触したりして損傷するおそれがある。

このような問題を回避するために、半導体チップ３−２の下に緩衝部材３１を設けて半導体チップ−３−２を支持し、上側の半導体チップ３−１のダイス付けの際の荷重によりインタ−ポーザ２１が撓まないようにする。緩衝部材３１としては、耐熱性を有する弾性材料が適している。そのような材料として、ＮＢＲ、シリコン系ゴム或いはフッ素系ゴムが挙げられる。

図２３は、半導体チップ３−１び３−２が搭載されたインターポーザ２１の半導体装置３−１にワイヤボンディングを行う際の工程を示す模式図である。半導体チップ３−２をインターポーザ２１に搭載してワイヤボンディングを行った後に、反対側の半導体チップ３−１をワイヤボンディングする際、インターポーザ２１（ボンディングパッド）への接続部にはワイヤボンダの荷重が加わる。

インターポーザ２１は非常に薄い基板で形成されるため、インターポーザ２１の外周部を支持した状態でワヤボンディングを行うとインターポーザ２１が撓んでしまい（下側に沈み込んでしまう）、適切にワイヤボンディングを行うことができないおそれがある。このような問題を回避するために、上側の半導体チップ３−１と下側の半導体チップ３−２とのボンディングワイヤ接続部をずらしておく。

より具体的には、下側の半導体チップ３−２のボンディング位置を、上側の半導体チップ３−１のボンディング位置より内側にしておく。このようにすることにより、上側の半導体チップ３−１をワイヤボンディングする際に、図２３に示すように、インターポーザ２１のボンディング部分を治具３０の上面で支持することができ、治具３０によりワイヤボンダの荷重を受けることができる。したがって、上側の半導体チップ３−１のワイヤボンディング時に、インターポーザ２１が撓んでワイヤボンディングが適切に行えないというような問題を回避することができる。

図２４は緩衝材３１を使用しないでインターポーザ２１の撓みによる問題を回避する方法を示す模式図である。図２４（ａ）は治具に搭載されたインターポーザと半導体チップの側面図であり、図２４（ｂ）は半導チップ３−１の上方から見た平面図である。

図２４に示す方法では、インターポーザ２１のワイヤボンディングを行わない部分に押圧部材３２を押し付けておき、インターポーザ２１を予めある程度撓ませてしまう。インターポーザ２１を撓ませた状態でインターポーザ２１がある程度張力を有している状態でワイヤボンディングすることにより、ワイヤボンダによる荷重がインターポーザ２１に加えられても、インターポーザ２１はそれ以上撓むことはなく、正常にワイヤボンディングを行うことができる。

また、インターポーザ２１の押圧部材３２が当接する部分の下側に支持部材を設けることにより、押圧部材３２と支持部材との間でインターポーザ２１を挟んだ状態で保持することとしてもよい。

次に、本発明の第１実施例による半導体装置を封止する工程について説明する。ここでは、複数の半導体装置をまとめてインターポーザ２１上に形成し、複数の半導体装置を樹脂封止する場合について説明する。図２５は、樹脂封止用モールド金型の断面図であり、図２６は樹脂封止用モールド金型の内部を示す平面図である。

図２５に示す封止工程は、３つの半導体装置を一括して樹脂封止するためのものであり、インターポーザ２１には上下合わせて６個の半導体チップが搭載されている。インターポーザ２１は半導体装置三個分の大きさを有しており、さらにモールド金型３３Ａ，３３Ｂのランナー３４方向に延在する部分も有している。このため、インターポーザ２１の両面に樹脂を導入するには、モールド金型の両方にランナー及びゲートを設けなければならない。そこで、図２５に示すように、ゲート３４は上型３３Ａのみに設け、ゲート３５Ａ，３５Ｂの付近に位置するインターポーザ２１の部分に開口２１ａを設けて、インターポーザ２１の上側と下側の両方に樹脂が導かれるようにする。すなわち、インターポーザ２１の上側から注入された樹脂の一部は、ランナー３４内でインターポーザ２１の開口２１ａを通ってインターポーザ２１の下側へ導入される。インターポーザの上側と下側とに導入された樹脂は、各々のゲート３５Ａ，３３Ｂを介して均等な速度でモールド金型３３Ａ，３３Ｂの内部へと注入される。したがって、簡単な構成によりインターポーザ２１の両面に搭載された半導体チップを同時に樹脂封止することができる。

また、図２５に示されるように複数の半導体装置を同時に樹脂封止するには、インターポーザ２１の大きさが大きくなり、モールド金型３３Ａ，３３Ｂ内において、インターポーザ２１が撓んでしまうおそれがある。これを防止するために、図２５に示すモールド金型３３Ａ，３３Ｂには基板撓み防止ピン３６が設けられている。基板撓み防止ピン３６はモールド金型３３Ａ，３３Ｂの各々から突出してインターポーザ２１に当接するように設けられる。したがって、インターポーザ２１は基板撓み防止ピン３６によって支持され、その撓みが防止される。なお、図２６において符号２３で示される部分は撓み防止ピン３６がインターポーザ２１に当接する部分である。

特に隣り合う半導体チップの間隔が狭い場合は、ボンディングワイヤとの接触を避けるために撓み防止ピン３６にテーパを付けることが好ましい。また、撓み防止ピンは必ずしも上型３３Ａと下型３３Ｂの両方に設ける必要はなく、下型３３Ｂに設けるだけでも、インターポーザの重さによる撓みを防止することができる。

以上のような工程により形成された半導体装置は、カティングブレードにより不用なゲート残りが除去され、個々の半導体装置に分割される。このような切断工程では、ＵＶテープ等の容易に剥離可能な粘着テープで固定した上で切断が行われる。しかし、インターポーザ２１の両面に半導体チップが搭載されているため、ＵＶテープは封止樹脂部のみに貼りついてしまい、インターポーザ２１に貼りつけることができない。そこで、図２７に示すように、ＵＶテープ３７の封止樹脂に相当する部分を取り除いておき、ＵＶテープ３７がインターポーザ２１のみに貼りつくようにしておく。これにより、インターポーザ２１をＵＶテープ３７により固定することができ、安定した切断を行うことができる。

或いは、樹脂封止された部分以外のインターポーザ２１を予めパンチングやレーザ切断により除去しておき、封止樹脂のみを切断することとすれば、ＵＶテープ３７は封止樹脂に貼りつける構成でもかまわない。この場合、インターポーザ２１の除去すべき部分に予め切れ目を入れておいてもよい。

図２８は本発明の第１実施例による半導体装置を基板に搭載した状態を示す模式図である。図２８に示すように、下側の封止樹脂２とマザーボード等の基板３８との間に緩衝材３９を設けることにより、半導体装置を基板３８に安定した状態で搭載することができる。緩衝材３８は半導体装置に加わる外力を緩衝する機能、半導体装置を基板３８に固定する機能、或いは半導体装置で発生する熱を基板に放出する機能を有することとしてもよい。

なお、図２８に示した緩衝材３９は、本発明の第１実施例による半導体装置に限ることなく、インターポーザの下側に半導体チップが封止された半導体装置であれば適用することができる。

図２９は樹脂封止部の境界部分にレジスト（絶縁性物質）を設けた例を示す。インターポーザ２１の半導体チップを搭載する部分にはレジスト１０Ａは設けず、ハンダボール７を設ける部分にのみレジスト１０Ａを設けるものである。これにより、モールド金型の合わせ目にレジスト１０Ａが存在することとなり、レジスト１０Ａの弾力により樹脂バリの発生が抑制される。また、レジスト１０Ａによりインターポーザ２１補強して撓みにくくすることができる。半導体チップ搭載部にレジスト１０Ａを設けないため、レジスト１０Ａの厚み分半導体装置の高さを減少することができる。

図２９は本発明の第１実施例による半導体装置を示しているが、これに限られず、レジスト１０Ａの構成はその他実施例による半導体装置にも適用可能である。

図３０はレジストを半導体装置の位置決め用に使用した例を示す。図３０において、レジスト１０Ｂは樹脂封止する部分には設けられず、半導体装置が積層された場合に上側の半導体装置の封止樹脂２が下側の半導体装置のレジスト１０Ｂにより位置決めされるように構成されている。

図３１乃至図３２は、上述の実施例による半導体装置を組み合わせた積層構造を説明するための図である。図３１は積層構造中に含まれる半導体チップが２個の場合を示し、図３２は積層構造中に含まれる半導体チップが３個の場合を示し、図３３は積層構造中に含まれる半導体チップが４個の場合を示す。各図において、最も左側の欄には、半導体チップの個数が表示され、２番目の欄には積層構造の模式図が示されている。３番目の欄には積層構造中に含まれるインターポーザの数が示されている。４番目及び５番目の欄には外部端子の形態が示されている。すなわち、積層構造とされた半導体装置を基板に実装する場合に使用可能な実装方法を示すものである。４番目の欄はＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）が使用可能である場合に○印を表示し、使用できない場合に×印を表示している。また、５番目の欄はＬＧＡ（ランドグリッドアレイ）が使用可能である場合に○印を表示し、使用できない場合に×印を表示している。

また、６番目乃至８番目の欄には半導体チップの接続に使用可能な方法を示している。すなわち、６番目の欄では、半導体チップをワイヤボンディングにより接続可能な場合は○印を表示し、接続不可能な場合は×印を表示している。また、７番目の欄では、半導体チップをフリップチップ実装可能な場合は○印を表示し、フリップ実装不可能な場合は×印を表示している。さらに、８番目の欄では、半導体チップをＴＡＢ接続可能な場合に○印を表示し、ＴＡＢ接続できない場合は×印を表示している。

９番目及び１０番目の欄では、組み合わせ可能な半導体チップの種類を特定している。すなわち、９番目の欄では、同種類の半導体チップ同士を積層可能な場合に○印を表示し、同種類のチップ同士を積層できない場合に×印を表示している。１０番目の欄では異種チップ同士を積層可能な場合に○印を表示し、異種類のチップ同士を積層できない場合に×印を表示している。

続いて、上記した構成を有する半導体装置を積層する具体的な積層方法について説明する。なお、以下の説明においては、先に図３を用いて説明した半導体装置４０を積層する例について説明する。

図３４は、半導体装置４０を積層する際に用いる半導体装置の積層装置を示している。この積層装置は、大略するとパッケージ供給テーブル４１、スタックヘッド４２、フラック供給部４３Ａ、転写ヘッド４４Ａ、及びカメラユニット４５等により構成されている。

パッケージ供給テーブル４１は、前記した製造方法により製造された半導体装置４０が一時的に載置されるテーブルである。本実施例では、各半導体装置４０は、ハンダボール７が上面となるようパッケージ供給テーブル４１上に載置されている。

なお、製造された半導体装置４０は、本積層装置まで搬送用トレイに収納された状態で搬送される。この際、ハンダボール７の保護等の理由により、半導体装置４０はハンダボール７を下側にして搬送用トレイに収納される。よって、本実施例の場合には、搬送用トレイから取り出された半導体装置４０は、上下を逆転された上でパッケージ供給テーブル４１に載置される。

スタックヘッド４２は、図示しない移動装置（例えば、ロボット等）により、三次元的に移動可能な構成とされている。また、その先端部には吸引装置に接続された吸着ヘッド部４７が設けられており、半導体装置４０を吸引することにより保持できる構成とされている。

フラック供給部４３Ａは、後述する転写ヘッド４４Ａにフラック５０を塗布するものである。このフラックス供給部４３Ａは円柱形状とされており、その上面は高い平面度を有した構成とされている。フラックス５０は、このフラック供給部４３Ａの上面に装填された後、スキージ４８を用いて所定の厚さとされる。この時のフラックス５０の厚さは、スキージ４８とフラック供給部４３Ａとの間のクリアランスを調整することにより、任意の厚さに設定することができる。

転写ヘッド４４Ａは、図示しない移動装置（例えば、ロボット等）により、三次元的に移動可能な構成とされている。そして、この移動に伴い転写ヘッド４４Ａの先端部（図における下端部）がフラック供給部４３Ａに配設されたフラックス５０に押し付けられることにより、フラックス５０はフラック供給部４３Ａから転写ヘッド４４Ａに移るよう構成されている。

カメラユニット４５は、上部を撮像する上部カメラ５１と下部を撮像する下部カメラ５２を有した構成とされている。このカメラユニット４５は、後述するように複数の半導体装置４０を積層する際に、各半導体装置４０の位置決めを行うのに用いるものである。

なお、本実施例では２個の半導体装置を積層する例について説明するものとする。また、積層した際に下部に位置する半導体装置を符号４０Ａで示し、上部に位置する半導体装置を符号４０Ｂで示すものとする。さらに、上部及び下部に拘わらず半導体装置を示す場合には符号４０を用いるものとする。

図示されるように、カメラユニット４５は上部カメラ５１と下部カメラ５２を一体的に設けた構成とされているため、積層した際に下部に位置する半導体装置４０Ａと上部に位置する半導体装置４０Ｂを同時に撮像することができる。よって、１台のカメラのみしか設けてない構成に比べ、カメラを反転させる必要がなくなり、位置決め処理の効率化を図ることができる。

次に、上記構成とされた積層装置を用いて行われる半導体装置４０Ａ，４０Ｂの積層方法について説明する。

半導体装置４０Ａ，４０Ｂを積層するには、先ず最下部に位置する半導体装置４０Ａをキャリアステージ４６Ａに装着する。キャリアステージ４６Ａは、各半導体装置４０Ａ，４０Ｂを積層する際の基台となるものである。図３５は、半導体装置４０Ａをキャリアステージ４６Ａに装着した状態を示している。

同図に示されるように、キャリアステージ４６Ａには半導体装置４０Ａを位置決めするための装着溝４９Ａが形成されている。スタックヘッド４２は、最下部に位置する半導体装置４０Ａをパッケージ供給テーブル４１から搬送し、キャリアステージ４６Ａの装着溝４９Ａ内に装着する。

前記したように、パッケージ供給テーブル４１にはハンダボール７が上部に位置するよう各半導体装置４０が載置されている。また、スタックヘッド４２は、半導体装置４０の封止樹脂２の表面を吸着することにより搬送処理を行う。よって、キャリアステージ４６Ａに装着された状態において、半導体装置４０Ａはハンダボール７が上部に位置する姿勢となっている。

この半導体装置４０Ａの搬送処理の後（搬送処理と同時に行なうことも可能である）、転写ヘッド４４Ａに対しフラックス５０を塗布する処理が実施される。転写ヘッド４４Ａにフラックス５０を塗布するには、図３６に示すように、転写ヘッド４４Ａをフラックス５０が塗布されたフラックス供給部４３Ａに押し付ける。前記したように、フラックス供給部４３Ａには、所定の厚さでフラックス５０が配設されている。よって、転写ヘッド４４Ａをフラックス供給部４３Ａに押し付けることにより、フラックス５０は転写ヘッド４４Ａに付着する。

このようにしてフラックス５０が配設された転写ヘッド４４Ａは、キャリアステージ４６Ａまで移動する。続いて、転写ヘッド４４Ａは、キャリアステージ４６Ａに装着されている半導体装置４０Ａに押し付けられる。前記したように、半導体装置４０Ａはハンダボール７が上部に位置する姿勢でキャリアステージ４６Ａに装着されている。よって、転写ヘッド４４Ａに配設されているフラックス５０は、転写ヘッド４４Ａが半導体装置４０Ａに押し付けられることにより、ハンダボール７に転写される。

この際、本実施例では、転写ヘッド４４Ａに配設されたフラックス５０はハンダボール７にのみ転写され、封止樹脂２等の半導体装置４０Ａを構成する他の部分には付着しないよう構成されている。以下、この理由について説明する。

図３８は、転写ヘッド４４Ａの底面（フラックス供給部４３Ａ及び半導体装置４０Ａに押し付けられる面）を拡大して示す図である。同図に示すように、転写ヘッド４４Ａの底面には凹部５３が形成されており、これにより相対的に凹部５３に対して突出したフラックス塗布部５４Ａが形成されている。

このフラックス塗布部５４Ａの配設位置は、半導体装置４０Ａのハンダボール７の配設位置と対応するよう構成されている。また、凹部５３の配設位置は、半導体装置４０Ａの封止樹脂２の配設位置と略対応するよう構成されている。したがって、上記構成とされた転写ヘッド４４Ａをフラックス供給部４３Ａに押し付けた際、フラックス５０はフラックス塗布部５４Ａにのみ付着し、凹部５３には付着しない。

これにより、フラックス５０が配設された転写ヘッド４４Ａを半導体装置４０Ａに押し付けた際、図４０に示されるように、フラックス５０はハンダボール７にのみ転写される。また、転写ヘッド４４Ａを半導体装置４０Ａに押し付けた際、封止樹脂２は転写ヘッド４４Ａの凹部５３と対向する状態となるため、封止樹脂２の上面と凹部５３とは大きく離間した状態となる。このため、封止樹脂２にフラックス５０が誤って塗布されることを確実に防止することができる。

フラック塗布後には、後述するように、半導体装置４０Ａ，４０Ｂを積層する積層処理、及び半導体装置４０Ａのハンダボール７と半導体装置４０Ｂのボールパッド８を接合するリフロー処理が行われる。この際、ハンダボール７の配設位置以外にフラックス５０が存在すると、フラックス５０を構成する導電性金属（ハンダ等）が溶融し，隣接するハンダボール間或いはボールパッド間で短絡が生じてしまうおそれがある。

しかしながら、本実施例のように、フラックス５０がハンダボール７にのみ転写される構成とすることにより、隣接するハンダボール間及び隣接するボールパッド間で短絡することを防止でき信頼性の向上を図ることができる。

一方、隣接するハンダボール間或いは隣接するボールパッド間で短絡することを防止するためには、ハンダボール７に適量のフラックス５０を転写する必要がある。これは、必要量以上のフラックス５０がハンダボール７に転写された場合には、余剰のフラックス５０により隣接するハンダボール間或いは隣接するボールパッド間で短絡が発生するおそれがあるからである。

また、転写されるフラックス５０の量が少なかった場合には、ハンダボール７の表面に酸化膜が形成され、積層時にハンダボール７とボールパッド８との間で接続不良を発生するおそれがあるからである（フラックス５０には、加熱時にハンダボール７の表面酸化を防止する機能がある）。

ハンダボール７に適量のフラックス５０を転写する方法としては、フラックス供給部４３Ａに塗布するフラックス５０の厚さを制御する方法の他に、転写ヘッド４４Ａに設けられるラックス塗布部５４Ａの形成を適宜選定することが考えられる。これについて、図３９を用いて説明する。

図３９（Ａ）は、図３８に示した転写ヘッド４４Ａのフラックス塗布部５４Ａを拡大して示している。同図に示すように、平面形状とされたフラックス塗布部５４Ａの場合、フラックス供給部４３Ａから転写されるフラックス５０の量は少ない。

しかしながら、図３９（Ｂ）に示すようにフラックス塗布部５４Ｂを傾斜面により構成し、また図３９（Ｂ）に示すようにフラックス塗布部５４Ｂを凹球面により構成することにより、フラックス塗布部５４Ａ〜５４Ｃに付着するフラックス５０の量を制御できる。これにより、ハンダボール７に適量のフラックス５０を転写することが可能となる。

上記のようにハンダボール７上にフラックス５０を転写する処理が終了すると、スタックヘッド４２が再びパッケージ供給テーブル４１上に移動すると共に下動し、図４１に示すように、半導体装置４０Ａ上に積層する半導体装置４０Ｂを吸着する。このスタックヘッド４２の動作と共に、カメラニット４５はキャリアステージ４６の上部に移動する。この際、カメラユニット４５は、下部カメラ５２がキャリアステージ４６Ａに装着された半導体装置４０Ａと対向する位置まで移動する。

一方、半導体装置４０Ｂを吸着したスタックヘッド４２は、カメラユニット４５の上部カメラ５１と対向する位置まで半導体装置４０Ｂを搬送する。これにより、図４２に示すように、カメラユニット４５を中間に挟んで、下部に半導体装置４０Ａが位置し、上部に半導体装置４０Ｂが位置する構成となる。そして、上部カメラ５１は半導体装置４０Ｂのボールパッド８の位置認識を行ない、下部カメラ５２は半導体装置４０Ａのハンダボール７の位置認識を行う。これにより、各半導体装置４０Ａ，４０Ｂの位置認識が行われる。

上記のようにして各半導体装置４０Ａ，４０Ｂの位置認識処理が行われると、続いてこの認識結果に基づきスタックヘッド４２は、半導体装置４０Ｂのボールパッド８と、半導体装置４０Ａのハンダボール７の位置が一致するよう、半導体装置４０Ａの上に半導体装置４０Ｂを積層する。これにより、図４４に示されるように、半導体装置４０Ａ，４０Ｂは積層された状態となる。この際、上記のようにフラックス５０はハンダボール７の上部にのみ転写された構成であるため、下部に位置する半導体装置４０Ａの封止樹脂２と、上部に位置する半導体装置４０Ｂのインターポーザ１との間にフラックス５０が存在することはない。

図４４に示す状態は、各半導体装置４０Ａ，４０Ｂが、下部に位置する半導体装置４０Ａのハンダボール７と、上部に位置する半導体装置４０Ｂのボールパッド８との間に介在するフラックス５０で仮止めされた構成である。このため、半導体装置４０Ａ，４０Ｂが積層された状態で、キャリアステージ４６Ａをリフロー炉に入れ、ハンダボール７をボールパッド８にハンダ接合する。これにより、各半導体装置４０Ａ，４０Ｂは固定され、完全に積層された構成となる。

なお、本実施例では２個の半導体装置４０Ａ，４０Ｂを積層する構成について説明したが、３個以上の半導体装置４０を積層する場合には、上記した処理を繰り返し実施することにより、任意数の積層構造を実現することができる。

図４５〜図４８は、上記した積層方法の変形例を説明するための図である。

図４５に示す変形例は、ハンダボール７へフラックス５０（図４５には図示せず）を転写する際、ハンダボール７の整形処理を同時に行うようにしたものである。即ち、ハンダボール７の大きさにはバラツキがあり、このバラツキが大きい場合には、半導体装置４０Ａ，４０Ｂを積層した際、大きい直径のハンダボール７は接合するものの、小さい直径のハンダボール７は接合ができないおそれがある。

このため本変形例では、転写ヘッド４４Ｄを用いてハンダボール７のレベリングを行う構成としたことを特徴とするものである。このため、本変形例では転写ヘッド４４Ｄの材質として、硬質のステンレス材を用いている。そして、図４５（Ａ），（Ｂ）に示すように、フラックス５０の転写処理時に水平状態を維持しつつ転写ヘッド４４Ｄを下動させ、ハンダボール７を加圧する。

これにより、図４５（Ｃ）に示すように、ハンダボール７の上面には平坦な整形部７Ａが形成される。このように、転写ヘッド４４Ｄを用いてハンダボール７のレベリングを行うことにより、ハンダボール７の高さを均一化することができ、積層時における接続不良の発生を抑制することができる。また、ハンダボール７の上端部に平坦な整形部７Ａが形成されるため、フラックス５０の転写性も向上する。さらに、レベリング処理をフラックス５０の転写処理と同時に行うため、積層処理の工程を増やすことなく、上記の効果を実現することができる。

図４６に示す変形例は、半導体装置４０Ａ，４０Ｂを積層する際、各半導体装置４０Ａ，４０Ｂの位置決めを位置決め治具５５を用いて行うようにしたものである。位置決め治具５５は、位置決め部材５５Ａ〜５５Ｃにより構成されている。

この各位置決め部材５５Ａ〜５５Ｃは、図示しない位置決めピン及び位置決め孔により、積み上げた際に相互位置が所定位置に位置決めされる構成とされている。位置決め部材５５Ａは、半導体装置４０Ａの位置決めを行うものであり、半導体装置４０Ａを内部に位置決めした状態で収納する位置決め孔５９Ａが形成されている。

また、位置決め部材５５Ｂは、半導体装置４０Ｂの位置決めを行うものであり、半導体装置４０Ｂを内部に位置決めした状態で収納する位置決め孔５９Ｂが形成されている。さらに、位置決め部材５５Ｃは、最上部に配設されるものであり、転写ヘッド４４Ｅのフラックス塗布部５４Ａが挿入する開口５６が形成されている。

よって、半導体装置４０Ａ，４０Ｂを位置決め治具５５に装着することにより、各半導体装置４０Ａ，４０Ｂの位置決め処理を行うことができ、容易に位置決めを行うことができる。したがって、半導体装置４０Ａ，４０Ｂ同士がずれることにより、ハンダボール７以外にフラックス５０が付着することを防止することができる。

また、図４７に示す変形例は、図４６を用いて説明した位置決め治具５５をクリップ部材５７により固定し、この状態でリフロー処理を行うことを特徴とするものである。この構成とすることにより、位置決め治具５５を用いることにより高精度に位置決めされ、フラックス５０により仮止めされた状態を維持しつつ、各半導体装置４０Ａ，４０Ｂをリフロー処理することができる。これにより、加熱によりフラックス５０が溶融状態となっても、各半導体装置４０Ａ，４０Ｂを高い位置精度を持って積層することができる。なお、ハンダボール７とボールパッド８を接合する過熱処理の方法はリフロー処理に限定されるものではなく、ブロックヒーター法、レーザ法、或いはホットエアー法等を用いることもできる。

続いて、半導体装置４０Ａ，４０Ｂを積層する他の積層方法について説明する。

図４８は、本実施例において半導体装置４０を積層する際に用いる半導体装置の積層装置を示している。なお、図４８において、先に説明した図３４に示した構成と同一構成については、同一符号を付してその説明を省略する。

本実施例の積層方法に用いる積層装置は、大略するとパッケージ供給テーブル４１、スタックヘッド４２、フラック供給部４３Ｂ、及びカメラユニット４５等により構成されている。よって、転写ヘッド４４Ａを必要とした図３４に示した積層装置に比べ、構成が簡単化されている。

パッケージ供給テーブル４１は、図３４に示したものと同一構成である。しかしながら、本実施例では各半導体装置４０は、ハンダボール７が下面となるようパッケージ供給テーブル４１上に載置されている。前記したように、製造された半導体装置４０は、ハンダボール７を下側にして搬送用トレイに収納される。

よって、本実施例の場合には、搬送用トレイから取り出された半導体装置４０をそのままの姿勢でパッケージ供給テーブル４１に載置することができるため、搬送用トレイから供給テーブル４１へ半導体装置４０を移し替える処理を容易に行うことができる。また、スタックヘッド４２がパッケージ供給テーブル４１上の半導体装置４０を吸着した際、半導体装置４０Ｂはハンダボール７が下部に位置した状態となる。

本実施例で用いているフラック供給部４３Ｂは、半導体装置４０Ｂのハンダボール７に直接フラック５０を塗布する構成とされている。このフラックス供給部４３Ｂは円柱形状とされており、その上面にはフラックス装填溝５８が形成されている。フラックス装填溝５８は、平面視した状態で矩形枠状の形状を有している。また、このフラックス装填溝５８は半導体装置４０Ｂの配設位置に対応するよう構成されており、後述するようにハンダボール７にフラックス５０を転写する際、ハンダボール７はフラックス装填溝５８内に挿入される。

本実施例では、フラックス５０はフラックス装填溝５８内にのみ配設されている。フラックス５０をフラックス装填溝５８内に装填するには、フラックス５０をフラック供給部４３Ａの上面に配設した後、図５０に示すようにスキージ４８を用いてフラックス装填溝５８内に挿入する。なお、フラックス５０の厚さは、フラックス装填溝５８の深さを調整することにより、任意の厚さに設定することができる。

次に、上記構成とされた積層装置を用いて行われる半導体装置４０Ａ，４０Ｂの積層方法について説明する。

半導体装置４０Ａ，４０Ｂを積層するには、先ず最下部に位置する半導体装置４０Ａをキャリアステージ４６Ｂに装着する。図４９は、半導体装置４０Ａをキャリアステージ４６Ｂに装着した状態を示している。同図に示されるように、キャリアステージ４６Ａには半導体装置４０Ａを位置決めするための装着溝４９Ｂが形成されている。スタックヘッド４２は、半導体装置４０Ａをパッケージ供給テーブル４１から搬送し、キャリアステージ４６Ｂの装着溝４９Ｂ内に装着する。

前記したように、パッケージ供給テーブル４１にはハンダボール７が下部に位置するよう各半導体装置４０が載置されている。また、スタックヘッド４２は、半導体装置４０のインターポーザ１を吸着することにより搬送処理を行う。よって、キャリアステージ４６Ｂに装着された状態において、半導体装置４０Ａはハンダボール７が下部に位置する姿勢となっている。

この半導体装置４０Ａの搬送処理の後（搬送処理と同時に行なうことも可能である）、前記したようにスキー時４８を用いてフラックス供給部４３Ｂに対しフラックス５０を装填する処理が実施される（図５０参照）。フラックス供給部４３Ｂに対しフラックス５０を装填する処理が終了すると、スタックヘッド４２が再びパッケージ供給テーブル４１上に移動すると共に下動し、図5１に示すように、半導体装置４０Ａ上に積層する半導体装置４０Ｂを吸着する。

スタッドヘッド４２は、半導体装置４０Ｂをフラックス供給部４３Ｂ上のフラックス装填溝５８の上部まで搬送し、続いて下動する。半導体装置４０Ｂは、スタッドヘッド４２に搬送される際にハンダボール７が下部に位置する姿勢となっている。よって、スタッドヘッド４２が下動することにより、図５２に示すように、ハンダボール７はフラックス充填溝５８内のフラックス５０に浸漬される。これにより、ハンダボール７にはフラックス５０が転写される。

この際、フラックス５０はハンダボール７にのみ転写され、封止樹脂２等の半導体装置４０Ａを構成する他の部分には付着されない。即ち、フラックス供給部４３Ｂはフラックス充填溝５８にのみフラックス５０が装填された構成となっており、またフラックス充填溝５８はハンダボール７の配設位置に対応した構成となっている。さらに、フラックス充填溝５８にフラックス５０を装填する際、フラックス供給部４３Ｂのフラックス充填溝５８以外の部分にはフラックス５０が付着しないよう構成している。

これにより、半導体装置４０Ｂのハンダボール７をフラックス充填溝５８内のフラックス５０に浸漬させた際、フラックス５０はハンダボール７にのみ転写される。よって、本実施例によっても、隣接するハンダボール間及び隣接するボールパッド間で短絡することを防止でき、積層後における信頼性の向上を図ることができる。

上記のようにハンダボール７上にフラックス５０を転写する処理が終了すると、スタックヘッド４２は半導体装置４０Ｂをキャリアステージ４６Ｂの上部（具体的には、半導体装置４０Ａと対向する位置）まで搬送する。これと共に、カメラニット４５もキャリアステージ４６の上部に移動する。これにより、図５３に示すように、カメラユニット４５を中間に挟んで、下部に半導体装置４０Ａが位置し、上部に半導体装置４０Ｂが位置する構成となる。そして、カメラユニット４５に配設された上カメラ５１により半導体装置４０Ｂのボールパッド８の位置認識を行ない、下部カメラ５２により半導体装置４０Ａのハンダボール７の位置認識を行ない、これにより各半導体装置４０Ａ，４０Ｂの位置認識が行われる。

上記のようにして各半導体装置４０Ａ，４０Ｂの位置認識処理が行われると、続いてこの認識結果に基づきスタックヘッド４２は、図５４に示されるように、半導体装置４０Ｂのボールパッド８と半導体装置４０Ａのハンダボール７の位置が一致するよう半導体装置４０Ａの上に半導体装置４０Ｂを積層する。

これにより、図５５に示されるように、半導体装置４０Ａ，４０Ｂは積層された状態となる。この際、上記のようにフラックス５０はハンダボール７の上部にのみ転写された構成であるため、上部に位置する半導体装置４０Ｂの封止樹脂２と、下部に位置する半導体装置４０Ａのインターポーザ１との間にフラックス５０が存在することはない。

図５５に示す状態は、半導体装置４０Ａと半導体装置４０Ｂが、フラックス５０で仮止めされた構成である。このため、半導体装置４０Ａ，４０Ｂが積層された状態で、キャリアステージ４６Ｂをリフロー炉に入れ、ハンダボール７をボールパッド８にハンダ接合する。これにより、各半導体装置４０Ａ，４０Ｂは固定され、完全に積層された構成となる。

なお、本実施例においても、３個以上の半導体装置４０を積層する場合には、上記した処理を繰り返し実施すればよく、これにより任意数の積層構造を実現することができる。

図１は、従来のワイヤボンディングによるファンアウト型の半導体装置の断面図である。 図２は、従来のフリップチップ実装による半導体装置の断面図である。 図３は、本発明の第１参考例による半導体装置の一例の断面図である。 図４は、本発明の第１参考例による半導体装置の変形例の断面図である。 図５は、本発明の第１参考例による半導体装置のインターポーザの平面図である。 図６は、図３に示した半導体装置を積層した構造を示す断面図である。 図７は、図４に示した半導体装置を積層した構造を示す断面図である。 図８は、図４に示した半導体装置の変形例を示す断面図である。 図９は、図４に示した半導体装置の積層構造の一例を示す断面図である。 図１０は、図４に示した半導体装置の変形例を示す断面図である。 図１１は、ボールパッドの変形例を示す断面図である。 図１２は、本発明の第２参考例による半導体装置の一例の断面図である。 図１３は、本発明の第２参考例による半導体装置の変形例の断面図である。 図１４は、図１２に示す半導体装置を積層した構造の断面図である。 図１５は、図１３に示した半導体装置を積層した構造の断面図である。 図１６は、本発明の第３参考例による半導体装置の一例の断面図である。 図１７は、本発明の第３参考例による半導体装置の変形例の断面図である。 図１８は、本発明の第４参考例による半導体装置の断面図である。 図１９は、本発明の第１実施例による半導体装置の一例の断面図である。 図２０は、本発明の第１実施例による半導体装置の変形例の断面図である。 図２１は、図１９及び図２０に示した半導体装置の変形例を積層した構造を示す模式図である。 図２２は、本発明の第１実施例による半導体装置のチップ搭載工程を示す模式図である。 図２３は、本発明の第１実施例による半導体装置のワイヤボンディング工程を示す模式図である。 図２４は、本発明の第１実施例による半導体装置のワイヤボンディング工程を示す模式図である。 図２５は、本発明の第１実施例による半導体装置の樹脂封止工程を示す模式図である。 図２６は、本発明の第１実施例による半導体装置の樹脂封止工程を示す模式図である。 図２７は、個々の半導体装置を切り出す工程を示す模式図である。 図２８は、本発明の第５実施例による半導体装置を基板に搭載した状態を示す模式図である。 図２９は、レジストによりインターポーザを補強する例を示す模式図である。 図３０は、レジストにより半導体装置の位置決めを行う例を示す模式図である。 図３１は、本発明実施例による半導体装置を組み合わせた積層構造を説明するための図である。 図３２は、本発明実施例による半導体装置を組み合わせた積層構造を説明するための図である。 図３３は、本発明実施例による半導体装置を組み合わせた積層構造を説明するための図である。 図３４は、本発明実施例による半導体装置の積層方法に用いる積層装置を示す要部構成図である。 図３５は、キャリアステージに装着された半導体装置を示す図である。 図３６は、転写ヘッドにフラックスを塗布する方法を説明するための図である。 図３７は、転写ヘッドを用いてハンダボールにフラックスを転写する方法を説明するための図である。 図３８は、転写ヘッドの詳細を説明するための斜視図である。 図３９は、各種転写ヘッドの構造を説明するための図である。 図４０は、ハンダボールにフラックスが配設された状態を示す図である。 図４１は、スタックヘッドによりパッケージ供給テーブル上の半導体装置を吸着する状態を示す図である。 図４２は、カメラユニットを用いて各半導体装置の位置認識処理を行っている状態を示す図である。 図４３は、半導体装置を積層している状態を示す図である。 図４４は、積層された半導体装置を示す図である。 図４５は、転写ヘッドによりハンダボールの整形を行う方法を説明するための図である。 図４６は、位置決め治具を用いて積層された半導体装置の位置精度を向上させる方法を説明するための図である。 図４７は、位置決め治具をクリップ部材で固定した状態でリフロー処理を行う方法を説明するための図である。 図４８は、本発明実施例による半導体装置の積層方法に用いる積層装置を示す要部構成図である。 図４９は、キャリアステージに装着された半導体装置を示す図である。 図５０は、フラックス供給部のフラック装填部にフラックスを装填する方法を説明するための図である。 図５１は、スタックヘッドによりパッケージ供給テーブル上の半導体装置を吸着する状態を示す図である。 図５２は、半導体装置のハンダボールにフラックスを配設する方法を説明するための図である。 図５３は、カメラユニットを用いて各半導体装置の位置認識処理を行っている状態を示す図である。 図５４は、半導体装置を積層している状態を示す図である。 図５５は、積層された半導体装置を示す図である。

符号の説明

１，１Ａ，２１ インターポーザ
２ 封止樹脂
３，３Ａ，３−１，３−２ 半導体チップ
４ Ａｕワイヤ
５ ボンディングパッド
６ ＤＢ材
７，７Ａ，７Ｂ，７Ｃ ハンダボール
８，８Ｂ ボールパッド
９ スルーホール
１０ ソルダーレジスト
１０Ａ，１０Ｂ レジスト
１１ アンダーフィル材
１２ 突起電極
２１ａ 開口
２２ ＶＩＡホール
２４ ＵＶテープ
１３，３９ 緩衝材
３０ 治具
３１ 緩衝部材
３２ 押圧部材
３３Ａ，３３Ｂ モールド金型
３４ ランナー
３５Ａ，３５Ｂ ゲート
３６ 撓み防止ピン
３７ ＵＶテープ
３８ 基板
４０ 半導体装置
４１ パッケージ供給テーブル
４２ スタックヘッド
４３Ａ，４３Ｂ フラック供給部
４４Ａ〜４４Ｅ 転写ヘッド
４５ カメラユニット
４６Ａ，４６Ｂ キャリアステージ
５０ フラックス
５４Ａ〜５４Ｃ フラック塗布部
５５ 位置決め治具
５７ クリップ部材
５８ フラックス装填溝

Claims (1)

1. 積層される半導体装置であって、
   第１及び第２の半導体素子と、
   積層方向に対する上側に位置し前記第１の半導体素子が搭載される第１の面と、前記積層方向に対する下側に位置し該第２の半導体素子が搭載される第２の面とを有する再配線基板と、
   前記再配線基板の前記第１の面上で、前記第１の半導体素子の周囲に配置された第１の電極パッドと、
   前記再配線基板の前記第２の面上で、前記第２の半導体素子の周囲に配置された第２の電極パッドと、
   前記第１の半導体素子と前記第１の電極パッドを電気的に接続する第１のワイヤと、
   前記第２の半導体素子と前記第２の電極パッドを電気的に接続する第２のワイヤと、
   前記第１の面上で前記第１の半導体素子及び前記第１のワイヤを封止する第１の封止樹脂と、
   前記第２の面上で前記第２の半導体素子及び前記第２のワイヤを封止する第２の封止樹脂と、
   積層された状態において、前記積層方向に対する最下段に位置する前記再配線基板の前記第２の電極パッドに設けられた第１の突起電極と、
   積層された状態において、前記積層方向に対する上側に配設された前記再配線基板の前記第２の電極パッドと、前記積層方向に対する下側に配設された前記再配線基板の前記第１の電極パッドとの間に設けられた第２の突起電極とを有し、
   前記第１の突起電極の高さを、前記最下段に位置する前記第２の封止樹脂の封止高さより高くし、
   積層された状態において、前記積層方向に対する上側に配設された前記再配線基板の前記第２の封止樹脂の封止高さと、前記積層方向に対する下側に配設された前記再配線基板の前記第２の封止樹脂の封止高さとの総和よりも高くし、
   前記第１及び第２の封止樹脂は、前記第１及び第２のワイヤを封止する部分以外の高さを、前記第１及び第２のワイヤを封止する部分の高さよりも低くし、
   かつ、積層された状態において、前記積層方向に対する上側に配設された前記再配線基板の前記第２の半導体素子と、前記積層方向に対する下側に配設された前記再配線基板の前記第１の半導体素子との位置を相対的にずらし、前記第２の封止樹脂の前記第２のワイヤを封止した部分と、前記第１の封止樹脂の前記第１のワイヤを封止した部分が重ならないよう構成してなる半導体装置。

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