JP4657262B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

この発明は、複数の半導体チップが搭載されてなる半導体装置に係り、特に、垂直実装型の半導体装置に関する。

近年、半導体装置のパッケージ方式としては、小型化の要求を満たすために、単一のパッケージに複数のＩＣチップを包んでチップ実装密度を高めたマルチチップパッケージ（ＭＣＰ：multi chip package）方式が用いられてきている。
マルチチップパッケージは、同一の基板上に複数のチップを平面状に実装した平面実装型と、複数のチップを垂直方向に積層して配置したスタック構造の垂直実装型とに分類される。
平面実装型の半導体装置１０１では、図３１に示すように、基板１０２上に、例えば記憶回路が形成された半導体チップ１０３、１０４が同一平面上に配置される。
垂直実装型の半導体装置では。例えば、図３２に示すように、基板１０５上に回路形成面が共に上方を向くように半導体チップ１０６、１０７が配置され積層された構成の半導体装置１０８が知られている。
また、図３３に示すように、基板１０９上に回路形成面同士を向かい合わせるようにして、半導体チップ１１０、１１１が配置されたＣＯＣ（chip on chip）方式の半導体装置１１２も実用化されている。

次に、垂直実装型のマルチチップパッケージを採用した半導体装置の製造方法について説明する。
例えば、上述したＣＯＣ方式の半導体装置の製造方法においては、まず、図３４（ａ）に示すように、基板１０９上に接着剤１１３を滴下又は塗布し、基板１０９上に下層側の半導体チップ１１０を載置する。次に、同図（ｂ）に示すように、接着剤１１３を硬化させ、半導体チップ１１０にバンプ１１０ａを形成する。
次に、同図（ｃ）に示すように、上層側の半導体チップ１１１を、半導体チップ１１０、１１１の対応する電極同士が接触するように位置決めして半導体チップ１１０上に載置し、加熱圧接して半導体チップ１１０と半導体チップ１１１とを接合する。この後、樹脂封止して、図３３に示すような半導体装置１１２を得る。
なお、垂直実装型のマルチチップパッケージを採用した半導体装置を製造する場合には、硬化後の接着剤に厚さのばらつきが生じて、下層側の半導体チップが基板面に対して傾斜する場合がある。

しかしながら、このような小型化を図るために垂直実装型のマルチチップパッケージを採用した半導体装置では、特に消費電力が多い半導体チップが組み込まれている場合は、半導体チップの温度が急激に上昇した際に、熱放散が十分になされず、誤動作の原因となったり、破壊されてしまうという問題があった。
このため、例えば、特開２０００−２９４７２３号公報に記載されているように、放熱用の金属板を、上層側の半導体チップの上方に配置したり、半導体チップ間に配置して、半導体チップにおいて発生した熱を放散させる技術が提案されている。
特開２０００−２９４７２３号

しかしながら、上記公報記載の技術では、多機能化を図るために、例えば、アナログ回路が形成された半導体チップとデジタル回路が形成された半導体チップとを混載しようとすると、一方の半導体チップで発生したノイズが他方の半導体チップに悪影響を及ぼすという問題があった。
すなわち、上記公報記載の技術では、放熱特性の向上を図ってはいるものの、ノイズ対策を講じていないので、特にアナログ回路はノイズに敏感であるために、アナログ回路にノイズが誘引され易く、誤動作を招いて信頼性が低下するという問題があった。
したがって、垂直実装型のマルチチップパッケージの採用による小型化が困難であるという問題があった。

この発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、複数の半導体チップを積層する垂直実装型のマルチチップパッケージを採用する場合においても、熱放散性を高めると共に、ノイズによる悪影響を排除することができ、高い信頼性を確保することができる半導体装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、基板上に複数個の半導体チップが積層されてなる半導体装置に係り、前記基板と最上層の半導体チップとの間に、前記半導体チップで発生した熱を放散させると共に電磁ノイズを遮蔽するための熱伝導性及び導電性を有する少なくとも一つの伝熱導電シートが介挿され、前記複数個の半導体チップを構成し、前記伝熱導電シートを介して互いに隣接する第１及び第２の半導体チップが、それぞれの回路形成面を互いに対向させた状態で、積層化されて前記基板上に搭載され、前記伝熱導電シートが、シールド層と、該シールド層を挟む一対の非接着性絶縁層との積層部材からなると共に、前記第１の半導体チップと前記第２の半導体チップとの間に介挿されるシールド部と、該シールド部から前記基板の接地配線にまで延設されて、当該接地配線に電気的及び熱的に直接接続されている複数のリード部とを有して構成され、かつ、前記絶縁層及び前記シールド層内には、前記第１の半導体チップと前記第２の半導体チップの端子とを電気的に接続するための接続配線層が設けられていることを特徴としている。

以上説明したように、この発明の半導体装置の構成によれば、垂直方向に例えば第１の半導体チップ及び第２の半導体チップを配置したので、小型化を達成することができるとともに、第１の半導体チップと第２の半導体チップとの間に接地電位に保持される伝熱導電体を介挿することによって、第１の半導体チップと第２の半導体チップとの間のノイズの伝播を伝熱導電体で遮ることができる。
また、第１の半導体チップ及び第２の半導体チップにおいて発生した熱は、接触箇所を介して伝熱導電体に伝導し、放散される。このため、放熱特性を向上させ、動作の安定化に寄与することができる。したがって、信頼性を向上させることができる。

また、第１の半導体チップ及び第２の半導体チップを、伝熱導電体を介して基板に電気的に接続することによって、第１の半導体チップ及び第２の半導体チップと基板とをそれぞれ接続するための例えばワイヤボンディング工程を省くことができる。
また、第１の半導体チップ及び第２の半導体チップを、伝熱導電体を介して互いに電気的に接続するようにすることによって、第１の半導体チップ及び第２の半導体チップの端子の配置位置の選定を含む回路設計上の自由度を高めることができる。

伝熱導電体を介して互いに隣接する第１及び第２の半導体チップが、それぞれの回路形成面を互いに対向させた状態で、積層化されて基板上に搭載される。

以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。説明は参考例と実施例を用いて具体的に行う。
◇第１参考例
図１は、この発明の第１参考例である半導体装置の構成を示す断面図である。
この例の半導体装置１は、２個の半導体チップが垂直実装されてなる半導体装置であり、図１に示すように、所定の回路パターンが形成されているともに、外部接続用電極としてのボール状のバンプ２ａ、２ａ、…が格子状に形成されたＢＧＡ（ball grid array）方式の基板２に、例えばデジタル回路が形成された下層半導体チップ（第１の半導体チップ）３と、例えばアナログ回路が形成された上層半導体チップ（第２の半導体チップ）４とが、ともに回路形成面を上方に向けた状態で、金属板からなる伝熱導電板（伝熱導電体）５を介して積層されて搭載され、モールド樹脂６によって封止されてなっている。

伝熱導電板５は、厚さが例えば２０［μｍ］〜１５０［μｍ］の例えばアルミニウム製の板状部材である。
ここで、下層半導体チップ３、上層半導体チップ４及び伝熱導電板５は、基板２にそれぞれボンディングワイヤ７、８、９を介して電気的に接続されている。特に伝熱導電板５は、ボンディングワイヤ９を介して基板２のグランド配線に接続され、グランド電位に保持される。
なお、この例では、伝熱導電板５の寸法は、下層半導体チップ３の寸法よりも小さく、かつ、上層半導体チップ４の寸法よりも大きく設定されている。また、基板２と下層半導体チップ３、下層半導体チップ３と伝熱導電板５、及び伝熱導電板５と上層半導体チップ４は、それぞれ、接着剤によって仮着されて封止される。

次に、この例の半導体装置の動作について説明する。
下層半導体チップ３と上層半導体チップ４との間には、伝熱導電板５が介挿されており、かつ、この伝熱導電板５は、ボンディングワイヤ９を介して基板２のグランド配線に接続される。
これにより、伝熱導電板５は、グランド電位に保持され、下層半導体チップ３と上層半導体チップ４との間のノイズの伝播がこの伝熱導電板５で遮られる。
例えば、下層半導体チップ３のデジタル回路から発せられ、上層半導体チップ４のアナログ回路へ向かうノイズは、伝熱導電板５で伝播を遮られる。したがって、このノイズが上層半導体チップ４のアナログ回路を流れる信号に悪影響を与えることはない。

同様に、上層半導体チップ４のアナログ回路から発せられ、下層半導体チップ３のデジタル回路へ向かうノイズは、伝熱導電板５で伝播を遮られる。したがって、このノイズが下層半導体チップ３のデジタル回路を流れる信号に悪影響を与えることはない。
このため、例えば、上層半導体チップ４のアナログ回路を流れる信号にノイズが乗って誤動作を引き起こしたり、下層半導体チップ３のデジタル回路を流れる信号の反転や遅延を引き起こすことが回避される。
また、下層半導体チップ３、上層半導体チップ４において発生した熱は、伝熱導電板５との接触箇所を介して伝熱導電板５に伝導し、放散される。このため、下層半導体チップ３及び上層半導体チップ４からモールド樹脂６の外表面（パッケージ表面）に至る熱抵抗が低減される。

このように、この例の構成によれば、垂直方向に下層半導体チップ３及び上層半導体チップ４を配置したので、小型化を達成することができるとともに、下層半導体チップ３と上層半導体チップ４との間にグランド電位に保持される伝熱導電板５を介挿したので、下層半導体チップ３と上層半導体チップ４との間のノイズの伝播を伝熱導電板５で遮ることができる。
したがって、特に上層半導体チップ４のアナログ回路を流れる信号にノイズが乗って誤動作を引き起こしたり、下層半導体チップ３のデジタル回路を流れる信号の反転や遅延を引き起こすことを回避し、信頼性を向上させることができる。
また、伝熱導電板５として、金属製の板状部材を用いているので、下層半導体チップ３、上層半導体チップ４において発生した熱は、接触箇所を介して伝熱導電板５に伝導し、放散される。このため、下層半導体チップ３及び上層半導体チップ４からモールド樹脂６の外表面（パッケージ表面）に至る熱抵抗が低減されるので、放熱特性を向上させ、動作の安定化に寄与することができる。したがって、信頼性を向上させることができる。

◇第２参考例
図２は、この発明の第２参考例である半導体装置の構成を示す断面図である。
この例が上述した第１参考例と大きく異なるところは、図２に示すように、下層半導体チップと基板との間にも伝熱導電板を介挿した点である。
これ以外の構成は、上述した第１参考例の構成と略同一であるので、その説明を簡略にする。

この例の半導体装置１１は、２個の半導体チップが垂直実装されてなる半導体装置であり、図２に示すように、所定の回路パターンが形成されているともに、外部接続用電極としてのボール状のバンプ１２ａ、１２ａ、…が格子状に形成された基板１２と、基板１２の上方に回路形成面を上方に向けた状態で配置され、例えばデジタル回路が形成された下層半導体チップ（第１の半導体チップ）１３と、下層半導体チップ１３の上方に回路形成面を上方に向けた状態で配置され、例えばアナログ回路が形成された上層半導体チップ（第２の半導体チップ）１４と、基板１２と下層半導体チップ１３との間に介挿された、例えばアルミニウム製の伝熱導電板（伝熱導電体）１５と、下層半導体チップ１３と上層半導体チップ１４との間に介挿された例えばアルミニウム製の伝熱導電板（伝熱導電体）１６と、上記下層半導体チップ１３及び上層半導体チップ１４等を封止するモールド樹脂１７とを備えてなっている。

ここで、下層半導体チップ１３、上層半導体チップ１４及び伝熱導電板１５、１６は、基板１２にそれぞれボンディングワイヤ１８、１９、２１、２２を介して電気的に接続されている。特に伝熱導電板１５、１６は、ボンディングワイヤ２１、２２を介して基板１２のグランド配線に接続され、グランド電位に保持される。
なお、この例では、上層側に配置された下層半導体チップ１３、伝熱導電板１６、上層半導体チップ１４ほど下層側に配置された伝熱導電板１５、下層半導体チップ１３、伝熱導電板１６よりもその寸法は、小さくなるようにされている。

次に、この例の半導体装置の動作について説明する。
下層半導体チップ１３と上層半導体チップ１４との間には、伝熱導電板１６が介挿されており、かつ、この伝熱導電板１６は、ボンディングワイヤ２２を介して基板１２のグランド配線に接続される。
これにより、伝熱導電板１６は、グランド電位に保持され、下層半導体チップ１３と上層半導体チップ１４との間のノイズの伝播がこの伝熱導電板１６で遮られる。
例えば、下層半導体チップ１３のデジタル回路から発せられ、上層半導体チップ１４のアナログ回路へ向かうノイズは、伝熱導電板１６で伝播を遮られる。したがって、このノイズが上層半導体チップ１４のアナログ回路を流れる信号に悪影響を与えることはない。

同様に、上層半導体チップ１４のアナログ回路から発せられ、下層半導体チップ１３のデジタル回路へ向かうノイズは、伝熱導電板１６で伝播を遮られる。したがって、このノイズが下層半導体チップ１３のデジタル回路を流れる信号に悪影響を与えることはない。
このため、例えば、上層半導体チップ１４のアナログ回路を流れる信号にノイズが乗って誤動作を引き起こしたり、下層半導体チップ１３のデジタル回路を流れる信号の反転や遅延を引き起こすことが回避される。

また、基板１２と下層半導体チップ１３との間には、伝熱導電板１５が介挿されており、かつ、この伝熱導電板１５は、ボンディングワイヤ２１を介して基板１２のグランド配線に接続される。
これにより、伝熱導電板１５は、グランド電位に保持され、基板１２と下層半導体チップ１３との間のノイズの伝播がこの伝熱導電板１５で遮られる。
例えば、基板１２の配線を流れる信号にノイズが乗っていた場合、基板１２の配線から発せられ、下層半導体チップ１３のデジタル回路へ向かうノイズは、伝熱導電板１５で伝播を遮られる。したがって、このノイズが下層半導体チップ１３のデジタル回路を流れる信号に悪影響を与えることはない。

また、基板１２において発生した熱の一部は、伝熱導電板１５との接触箇所を介して伝熱導電板１５に伝導し放散され、下層半導体チップ１３において発生した熱は、伝熱導電板１５、１６との接触箇所を介して伝熱導電板１５、１６に伝導し放散され、上層半導体チップ１４において発生した熱は、伝熱導電板１６との接触箇所を介して伝熱導電板１６に伝導し、放散される。このため、下層半導体チップ１３及び上層半導体チップ１４からモールド樹脂１７の外表面（パッケージ表面）に至る熱抵抗が低減され、かつ、基板１２の放熱も促進される。

この例の構成によれば、上述した第１参考例と略同様の効果を得ることができる。
加えて、基板１２と下層半導体チップ１３との間にも伝熱導電板１５を介挿したので、一段と、ノイズの影響を低減し、信頼性を向上させることができる。また、この伝熱導電板１５は、放熱板としても機能し、下層半導体チップ１３及び基板１２からの放熱も促進するので、一段と放熱特性を向上させ、動作の安定化に寄与することができる。

◇第３参考例
図３は、この発明の第３参考例である半導体装置の構成を示す断面図、図４は、図３のＡ−Ａ線に沿った断面図であって、同半導体装置を構成するモールド樹脂の一部を破断して示す図、また、図５は、同半導体装置を構成する伝熱導電シートの構成を示す断面図である。
この例が上述した第１参考例と大きく異なるところは、図３及び図４に示すように、板状の伝熱導電板に代えて伝熱導電シートを配置した点である。
これ以外の構成は、上述した第１参考例の構成と略同一であるので、その説明を簡略にする。

この例の半導体装置２４は、２個の半導体チップが垂直実装されてなる半導体装置であり、図３及び図４に示すように、所定の回路パターンが形成されているともに、外部接続用電極としてのボール状のバンプ２５ａ、２５ａ、…が格子状に形成された基板２５に、例えばデジタル回路が形成された下層半導体チップ（第１の半導体チップ）２６と、例えばアナログ回路が形成された上層半導体チップ（第２の半導体チップ）２７とが、ともに回路形成面を上方に向けた状態で、伝熱導電シート（伝熱導電体）２８を介して積層されて搭載され、モールド樹脂２９によって封止されてなっている。

伝熱導電シート２８は、図５に示すように、例えば銅箔からなるシールド層２８ａがポリイミド等からなる絶縁層２８ｂ、２８ｃによって挟まれるように積層されてなる可撓性を有するシート状部材であり、図４に示すように、下層半導体チップ２６と上層半導体チップ２７との間に介挿される略矩形状のシールド部２８ｍと、シールド部２８ｍの四角部から突出され、基板２５のグランド配線に接続されているリード部２８ｎ、２８ｎ、…とを備えている。
ここで、下層半導体チップ２６及び上層半導体チップ２７は、ボンディングワイヤ３１、３２を介して基板２５に電気的に接続されている。
伝熱導電シート２８は、リード部２８ｎ、２８ｎ、…を介して基板２５のグランド配線に接続されることによって、グランド電位に保持される。
なお、この例では、伝熱導電シート２８のシールド部２８ｍの寸法は、下層半導体チップ２６の寸法よりも小さく、かつ、上層半導体チップ２７の寸法よりも大きく設定されている。

次に、この例の半導体装置の動作について説明する。
下層半導体チップ２６と上層半導体チップ２７との間には、伝熱導電シート２８のシールド部２８ｍが介挿されており、かつ、このシールド部２８ｍは、リード部２８ｎ、２８ｎ、…を介して基板２５のグランド配線に接続される。
これにより、シールド部２８ｍは、グランド電位に保持され、下層半導体チップ２６と上層半導体チップ２７との間のノイズの伝播がこのシールド部２８ｍで遮られる。
例えば、下層半導体チップ２６のデジタル回路から発せられ、上層半導体チップ２７のアナログ回路へ向かうノイズは、シールド部２８ｍで伝播を遮られる。したがって、このノイズが上層半導体チップ２７のアナログ回路を流れる信号に悪影響を与えることはない。

同様に、上層半導体チップ２７のアナログ回路から発せられ、下層半導体チップ２６のデジタル回路へ向かうノイズは、シールド部２８ｍで伝播を遮られる。したがって、このノイズが下層半導体チップ２６のアナログ回路を流れる信号に悪影響を与えることはない。
このため、例えば、上層半導体チップ２７のアナログ回路を流れる信号にノイズが乗って誤動作を引き起こしたり、下層半導体チップ２６のデジタル回路を流れる信号の反転や遅延を引き起こすことが回避される。
また、下層半導体チップ２６及び上層半導体チップ２７のうち特に下層半導体チップ２６において発生した熱は、伝熱導電シート２８との接触箇所を介して伝熱導電シート２８に伝導し、放散される。このため、特に下層半導体チップ２６からモールド樹脂２９の外表面（パッケージ表面）に至る熱抵抗が低減される。

この例の構成によれば、上述した第１参考例と略同様の効果を得ることができる。

図６は、この発明の第１実施例である半導体装置の構成を示す断面図、図７は、図６のＢ−Ｂ線に沿った断面図であって、同半導体装置を構成するモールド樹脂の一部を破断して示す図、また、図８は、同半導体装置を構成する伝熱導電シートの構成、及び同伝熱導電シートを介した下層半導体チップと上層半導体チップとの接続状態を示す断面図である。
この例が上述した第３参考例と大きく異なるところは、図６及び図７に示すように、下層半導体チップと上層半導体チップとを回路形成面同士を互いに対向させた状態で配置して接続した点である。
これ以外の構成は、上述した第３参考例の構成と略同一であるので、その説明を簡略にする。

この例の半導体装置３４は、２個の半導体チップが垂直実装されてなる半導体装置であり、図６及び図７に示すように、所定の回路パターンが形成されているともに、外部接続用電極としてのボール状のバンプ３５ａ、３５ａ、…が格子状に形成された基板３５に、例えばデジタル回路が形成された下層半導体チップ（第１の半導体チップ）３６と、例えばアナログ回路が形成された上層半導体チップ（第２の半導体チップ）３７とが、下層半導体チップ３６と上層半導体チップ３７とをそれそれの回路形成面同士を互いに対向させた状態で、伝熱導電シート（伝熱導電体）３８を介して積層されて搭載され、モールド樹脂３９によって封止されてなっている。

伝熱導電シート３８は、図８に示すように、下層半導体チップ３６が接続される下部配線層３８ａと、絶縁層３８ｂと、シールド層３８ｃと、絶縁層３８ｄと、上層半導体チップ３７が接続される上部配線層３８ｅとがこの順に積層されてなる可撓性を有するシート状部材であり、図７に示すように、下層半導体チップ３６と上層半導体チップ３７との間に介挿される略矩形状のシールド部３８ｍと、シールド部３８ｍの四端縁から延設され、基板３５の配線に接続されているリード部３８ｎ、３８ｎ、…とを備えている。
下層半導体チップ３６及び上層半導体チップ３７は、伝熱導電シート３８のシールド部３８ｍを介して互いに電気的に接続され、さらに、リード部３８ｎを介して基板３５に電気的に接続されている。

すなわち、下層半導体チップ３６のバンプ３６ａ、３６ｂは、下部配線層３８ａの対応する部位に接続し、上層半導体チップ３７のバンプ３７ａ、３７ｂは、上部配線層３７ａの対応する部位に接続している。
ここで、例えば、下層半導体チップ３６及び上層半導体チップ３７の回路形成面に垂直な方向に沿って、対応するバンプ３６ｂ、３７ｂ同士が同一位置に配置された所定の箇所では、上記下部配線層３８ａの対応する部位と、直上の絶縁層３８ｂに形成された導電部位と、直上のシールド層３８ｃの環状の絶縁領域に囲まれた部位と、直上の絶縁層３８ｄに形成された導電部位と、直上の上記上部配線層３８ｅの対応する部位とが、回路形成面に垂直な方向に沿って接続されることによって、下層半導体チップ３６及び上層半導体チップ３７は、この箇所で互いに電気的に接続される。
伝熱導電シート３８は、リード部３８ｎ、３８ｎ、…を介して基板３５のグランド配線３５ｂに接続されることによって、グランド電位に保持される。
なお、この例では、グランド配線３５ｂは、基板３５の上面の周縁部全周に亘って形成されている。
また、伝熱導電シート３８のシールド部３８ｍの寸法は、下層半導体チップ３６の寸法よりも小さく、かつ、上層半導体チップ３７の寸法よりも大きく設定されている。

次に、この例の半導体装置の動作について説明する。
下層半導体チップ３６と上層半導体チップ３７との間には、伝熱導電シート３８のシールド部３８ｍが介挿されており、かつ、このシールド部３８ｍは、リード部３８ｎ、３８ｎ、…を介して基板３５のグランド配線３５ｂに接続されている。
これにより、シールド部３８ｍは、グランド電位に保持され、下層半導体チップ３６と上層半導体チップ３７との間のノイズの伝播がこのシールド部３８ｍで遮られる。
また、下層半導体チップ３６、上層半導体チップ３７において発生した熱は、接触箇所を介して、伝熱導電シート３８に伝わり、シールド部３８ｍ、リード部３８ｎ、３８ｎ、…、及びグランド配線３５ｂを伝導し放散される。このため、下層半導体チップ３６及び上層半導体チップ３７からモールド樹脂３９の外表面（パッケージ表面）に至る熱抵抗が低減される。

この例の構成によれば、上述した第３参考例と略同様の効果を得ることができる。
加えて、グランド配線３５ｂが、基板３５の上面の周縁部全周に亘って形成されているので、下層半導体チップ３６及び上層半導体チップ３７において発生した熱は、グランド配線３５ｂを伝導して、一段と確実に放散される。
また、下層半導体チップ３６及び上層半導体チップ３７は、伝熱導電シート３８のシールド部３８ｍを介して互いに電気的に接続するようにされているので、回路設計上の自由度を高めることができる。
例えば、電極の配置位置を比較的自由に選択できる。すなわち、下層半導体チップ３６及び上層半導体チップ３７の接続すべき対応するバンプ同士は、必ずしも回路形成面に垂直な方向に沿って同一位置に配置されていなくても良い。
また、下層半導体チップ３６及び上層半導体チップ３７は、リード部３８ｎを介して基板３５に電気的に接続されているので、下層半導体チップ３６及び上層半導体チップ３７と基板３５とをそれぞれワイヤボンディングする工程を省くことができる。

図９は、この発明の第２実施例である半導体装置の構成を示す断面図、図１０は、図９のＣ−Ｃ線に沿った断面図であって、同半導体装置を構成するモールド樹脂の一部を破断して示す図、また、図１１は、同半導体装置を構成する伝熱導電シートの構成、及び同伝熱導電シートを介した下層半導体チップと上層半導体チップとの接続状態を示す断面図である。
この例が上述した第１実施例と大きく異なるところは、図９乃至図１１に示すように、伝熱導電シートの構造を変更して、下層半導体チップ及び上層半導体チップの接続すべき対応するバンプ同士を直接接続すると共に、基板と下層半導体チップとをワイヤボンディングにより接続した点である。
これ以外の構成は、上述した第１実施例の構成と略同一であるので、その説明を簡略にする。

この例の半導体装置４１は、２個の半導体チップが垂直実装されてなる半導体装置であり、図９及び図１０に示すように、所定の回路パターンが形成されているともに、外部接続用電極としてのボール状のバンプ４２ａ、４２ａ、…が格子状に形成された基板４２に、例えばデジタル回路が形成された下層半導体チップ（第１の半導体チップ）４３と、例えばアナログ回路が形成された上層半導体チップ（第２の半導体チップ）４４とが、下層半導体チップ４３と上層半導体チップ４４とをそれそれの回路形成面同士を互いに対向させた状態で、伝熱導電シート（伝熱導電体）４５を介して積層されて搭載され、モールド樹脂４６によって封止されてなっている。

伝熱導電シート４５は、図１１に示すように、シールド層４５ａが絶縁層４５ｂ、４５ｃによって挟まれるように積層されてなる可撓性を有するシート状部材であり、図１０に示すように、下層半導体チップ４３と上層半導体チップ４４との間に介挿される略矩形状のシールド部４５ｍと、シールド部４５ｍの四角部から突設するように延設され、基板４２のグランド配線に接続されているリード部４５ｎ、４５ｎ、…とを備えている。
また、伝熱導電シート４５の下層半導体チップ４３及び上層半導体チップ４４の接続すべき対応するバンプ４３ａ、４４ａが配置された箇所には、接続されたバンプ４３ａ、４４ａを挿通するための挿通孔４５ｈが形成されている。

下層半導体チップ４３及び上層半導体チップ４４は、伝熱導電シート４５のシールド部４５ｍの挿通孔４５ｈが形成された箇所で、対応するバンプ４３ａ、４４ａ同士が接続されることによって、互いに電気的に接続されている。
また、下層半導体チップ４３は、基板４２にそれぞれボンディングワイヤ４７を介して電気的に接続されている。
また、伝熱導電シート４５は、リード部４５ｎ、４５ｎ、…を介して基板４２のグランド配線に接続されることによって、グランド電位に保持される。
なお、この例では、伝熱導電シート４５のシールド部４５ｍの寸法は、下層半導体チップ４３の寸法よりも小さく、かつ、上層半導体チップ４４の寸法よりも大きく設定されている。

次に、この例の半導体装置の動作について説明する。
下層半導体チップ４３と上層半導体チップ４４との間には、伝熱導電シート４５のシールド部４５ｍが介挿されており、かつ、このシールド部４５ｍは、リード部４５ｎ、４５ｎ、…を介して基板４２のグランド配線に接続される。
これにより、シールド部４５ｍは、グランド電位に保持され、下層半導体チップ４３と上層半導体チップ４４との間のノイズの伝播がこのシールド部４５ｍで遮られる。
また、下層半導体チップ４３、上層半導体チップ４４において発生した熱は、伝熱導電シート４５との接触箇所を介して伝熱導電シート４５に伝導し、放散される。このため、下層半導体チップ３４及び上層半導体チップ４４からモールド樹脂４６の外表面（パッケージ表面）に至る熱抵抗が低減される。

この例の構成によれば、上述した第１実施例と略同様の効果を得ることができる。
加えて、伝熱導電シートの構成を簡略化することができるので、安価に製造することができる。

図１２は、この発明の第３実施例である半導体装置の製造方法によって製造された半導体装置の構成を示す断面図、図１３は、同半導体装置を製造するために用いられるマウント装置の概略構成を説明するための説明図、図１４は、同半導体装置の基板の構成を示す下面図、図１５乃至図１７は、同半導体装置の製造方法を説明するための工程図、また、図１８は、図１６（ａ）のＤ−Ｄ線に沿った断面図である。
この例の半導体装置の製造方法は、２個の半導体チップを、それぞれの回路形成面を互いに対向させ、垂直方向に配置させた状態で基板に搭載する第２実施例で述べたようなＣＯＣ（chip on chip）方式の半導体装置の製造方法に用いて好適である。
この半導体装置５１は、図１２に示すように、基板５２上に、下層半導体チップ（第１の半導体チップ）５３と、上層半導体チップ（第２の半導体チップ）５４とが、それぞれの回路形成面を互いに対向させ、垂直方向に配置させた状態で、金属製の伝熱導電板（伝熱導電体）５５を介して積層されて搭載され、モールド樹脂５６によって封止されてなっている。

次に、基板５２に接着剤を介してマウントされた下層半導体チップ５３に、上層半導体チップ５４を接合するために用いられるこの例のマウント装置について説明する。
このマウント装置５７は、図１３に示すように、下層半導体チップ５３が搭載された基板５２を支持し、例えば互いに直交する方向に移動可能なマウントステージ（部品載置台）５８と、上層半導体チップ５４を真空吸着によって把持して下層半導体チップ５３上方まで移送し、下層半導体チップ５３上に上層半導体チップ５４を載置して接続するためのマウントツール（部品把持具）５９とを備えている。
マウントステージ５８は、基板５２に形成されている貫通孔５２ａに挿入される突起状の吸着部（第１の吸着部）６１を有している。吸着部６１には、吸引孔６１ａが形成され、図示せぬ減圧装置（例えばエジェクタ真空ポンプ等）を作動させることにより、吸引孔６１ａに連通する吸引路に沿って外部の空気が吸引されて、下層半導体チップ５３が吸着部６１の先端面６１ｂに吸着・把持されることとなる。

また、マウントステージ５８は、加熱して熱硬化性の接着剤を硬化させて、例えば下層半導体チップ５３を基板５２に接着するためのヒータ（不図示）を備えている。
マウントツール５９も吸着部（第２の吸着部）６２を有している。吸着部６２には、吸引孔６２ａが形成され、図示せぬ減圧装置を作動させることにより、吸引孔６２ａに連通する吸引路に沿って外部の空気が吸引されて、上層半導体チップ５４が吸着部６２の吸着面６２ｂに吸着・把持されることとなる。マウントツール５９にもマウントステージ５８と同様にヒータが内蔵されている。

この例の半導体装置の製造方法においては、まず、図１４に示すように、所定の箇所にマウントステージ５８の突起状の吸着部６１を挿入可能な断面円形の貫通孔５２ａ、５２ａ、…が予め形成され、下面側には外部接続用の電極５２ｂ、５２ｂ、…が設けられた例えば配線基板である基板５２を用意する。
そして、図１５（ａ）に示すように、基板５２のチップ搭載面上に銀ペースト等の接着剤６３を塗布した後、下層半導体チップ５３を降下させ、同図（ｂ）に示すように載置する。次に、接着剤６３を加熱硬化させ、下層半導体チップ５３にバンプ５３ａを形成する。
なお、この基板５２に下層半導体チップ５３をマウントする工程では、図１５（ａ）及び同図（ｂ）に示すように、マウントステージ６４とマウントスツール６５からなる従来のマウント装置が用いられる。接着剤６３を硬化させる際には、マウントステージ６４が、内蔵されたヒータによって加熱される。

次に、図１６（ａ）及び図１８に示すように、基板５２の貫通孔５２ａにマウントステージ５８の突起状の吸着部６１が挿入されるように、下層半導体チップ５３が搭載された基板５２を載置し、下層半導体チップ５３を突起状の吸着部６１の先端面６１ｂで吸着し支持する。
この状態で同図（ｂ）に示すように、マウントツール５９の吸着面６２ｂに、下層半導体チップ５３のバンプ５３ａを挿通するための挿通孔５５ｈが形成された伝熱導電板５５を吸着させ、下層半導体チップ５３と伝熱導電板５５とを平行な状態を維持させながら降下させ、伝熱導電板５５を下層半導体チップ５３上に載置する。

次に、図１７（ａ）に示すように、マウントツール５９の吸着面６２ｂに上層半導体チップ５４を吸着させ、下層半導体チップ５３及び伝熱導電板５５と上層半導体チップ５４とが平行な状態を維持したまま降下させ、同図（ｂ）に示すように、位置合わせされた状態で対応する電極同士を接触させて上層半導体チップ５４を伝熱導電板５５上に載置して接合する。この後、樹脂封止して半導体装置５１を得る。
このようにして得られた半導体装置５１では、下層半導体チップ５３の回路形成面に偏った押圧力がかかることによる電極周辺部の能動素子等の破損や損傷は発生していない。

この例の構成によれば、上層半導体チップ５４を、伝熱導電板５５が載せられた下層半導体チップ５３に対して、互いに平行状態を維持しながら押圧するので、バンプ５３ａが形成された各箇所において、略均一に押圧されるため、接着剤６３の厚さにばらつきが生じて、下層半導体チップ５３が基板５２に対して傾斜したとしても、例えば下層半導体チップ５３の回路に破損や損傷等が発生することを回避することができる。
また、下層半導体チップ５３上に、伝熱導電板５５を載置する場合にも、下層半導体チップ５３のバンプ５３ａが形成された各箇所に、伝熱導電板５５の下面や挿通孔５５ｈの壁面が当たったとしても、特定の箇所に偏った圧力が加わることがないので、下層半導体チップ５３の回路に破損や損傷等が発生することを回避することができる。
これらの効果は、基板の厚さにばらつきがあったとしても同様に得られる。したがって、歩留まりを向上させ、高い信頼性を確保することができる。
さらに、小型化を達成しつつ、下層半導体チップ５３と上層半導体チップ５４との間のノイズの伝播を遮断して誤動作を回避し、かつ、放熱特性を向上させて動作の安定化に寄与して、高い信頼性が確保された半導体装置を製造することができる。

図１９は、この発明の第４実施例である半導体装置の製造方法によって製造された半導体装置の構成を示す断面図、また、図２０は、同半導体装置の製造方法を説明するための工程図である。
この例が上述した第３実施例と大きく異なるところは、下層半導体チップと上層半導体チップとの間に伝熱導電板を介挿したのに対して、図１９に示すように、下層半導体チップ上に上層半導体チップを接合させる前に、下層半導体チップ上に伝熱導電板を載置する工程を省略した点である。
これ以外の構成は、上述した第３実施例の構成と略同一であるので、その説明を簡略にする。
この半導体装置６６は、図１９に示すように、基板６７上に、下層半導体チップ（第１の半導体チップ）６８と、上層半導体チップ（第２の半導体チップ）６９とが、それぞれの回路形成面を互いに対向させ、垂直方向に配置させた状態で積層されて搭載され、モールド樹脂７１によって封止されてなっている。

この例の半導体装置の製造方法においては、図２０（ａ）に示すように、基板６７の貫通孔６７ａにマウントステージ５８の突起状の吸着部６１が挿入されるように、下層半導体チップ６８が搭載された基板６７を載置し、下層半導体チップ６８を突起状の吸着部６１の先端面６１ｂで吸着し支持する。
この状態で同図（ｂ）に示すように、マウントツール５９の吸着面６２ｂに上層半導体チップ６９を吸着させ、下層半導体チップ６８と上層半導体チップ６９とが平行な状態を維持するようにしながら降下させ、位置合わせされた状態で対応する電極同士を接触させて上層半導体チップ６９を下層半導体チップ６８上に載置し、上層半導体チップ６９を上方から下層半導体チップ６８に押し付けて、加熱圧接して接合する。
ここで、マウントステージ５８及びマウントツール５９は、内蔵されたヒータによって所定の温度まで加熱され、この状態で上層半導体チップ６９と下層半導体チップ６８とをバンプ６８ａが形成された箇所で圧接する。
この後、樹脂封止し、図１９に示すように、半導体装置６６を得る。
このようにして製造された半導体装置６６では、下層半導体チップ６８の回路形成面には破損が発生していない。

この例の構成によれば、上層半導体チップ６９を下層半導体チップ６８に対して、互いに平行状態を維持しながら押圧するので、バンプ６８ａが形成された各箇所において、略均一に押圧されるため、接着剤の厚さにばらつきが生じたとしても、例えば下層半導体チップ６８の回路に破損や損傷等が発生することを回避することができる。
この効果は、基板の厚さにばらつきがあったとしても同様に得られる。したがって、歩留まりを向上させ、高い信頼性を確保することができる。

以上、この発明の実施例を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。
例えば、上述の実施例では、下層半導体チップと上層半導体チップとが垂直方向に配置した構成とする場合について述べたが、もちろん３個以上の半導体チップを垂直方向に積層し配置するようにしても良い。ここで、伝熱導電板や伝熱導電層をすべての半導体チップ間に介挿するようにしても良いし、例えば共にデジタル回路が形成された半導体チップ間では適宜省略するようにしても良い。
また、上層側の半導体チップや伝熱導電板等を下層側の半導体チップや伝熱導電板等よりも寸法を小さく設定する場合について述べたが、これに限らず、必要に応じて、上層側の半導体チップ等の寸法を大きくしても良い。

また、下層半導体チップにデジタル回路、上層半導体チップにアナログ回路を対応させる場合について述べたが、勿論この逆であっても良いし、両者共デジタル回路、両者共アナログ回路であっても良い。
また、例えば第１参考例において、ボンディングワイヤ７、８、９によるボンディングは、下層半導体チップ３、上層半導体チップ４及び伝熱導電板５を載置する毎に行っても良いし、下層半導体チップ３、上層半導体チップ４及び伝熱導電板５を載置した後に纏めて行っても良い。
また、半導体チップ間だけでなく、例えばボンディングワイヤも含めて取り囲むように、側面も伝熱導電板又は伝熱導電シートで覆うようにしても良い。この場合は、少なくとも樹脂注入のための注入口は確保するようにする。
これによって、例えばボンディングワイヤを介したノイズの伝播も防止することができる。

また、第１参考例では、下層半導体チップと上層半導体チップとの間に伝熱導電板を介挿した場合について述べたが、図２１に示すように、単一の半導体チップ７２が搭載された半導体装置７３においても、半導体チップ７２と基板７４との間に、伝熱導電板７５を介挿して、伝熱導電板７５を基板７４のグランド配線にボンディングワイヤ７６を介して接続するようにしても良い。
これによって、基板７４と半導体チップ７２との間のノイズの伝播がこの伝熱導電板７５で遮られ、半導体チップ７２で発生した熱もこの伝熱導電板７５を介して放散されるので、誤動作等を防止することができ、図２２に示すような基板７７上に直接半導体チップ７８を載置した構成の半導体装置７９に比べて、格段に、信頼性を向上させることができる。

また、図２３に示すように、例えば２個の半導体チップ８１ａ、８１ｂを同一平面上に配置した半導体装置８２においても、基板８３と半導体チップ８１ａ、８１ｂとの間に、伝熱導電板８４を介挿するようにしても良い。
また、第３参考例では、伝熱導電シート２８として、シールド層２８ａが絶縁層２８ｂ、２８ｃによって挟まれるように積層されてなるシート状部材を用いる場合について述べたが、例えば、図２４に示すように、単に、シールド層２８ａが絶縁層２８ｂ上に形成されてなる伝熱導電シート２８Ａを用いるようにしても良い。
また、伝熱導電体としては、伝熱導電板や伝熱導電シートに限らず、下層半導体チップの端子等の形成されていない領域に例えば銀ペーストを塗布して形成した伝熱導電層を用いても良い。この伝熱導電層の形成後に、上層半導体チップを載置するようにする。
また、伝熱導電板や伝熱導電層に用いる材料としては、アルミニウムや銅に限らず、例えばクロムや銀等であっても良い。

また、第１実施例において、直接下層半導体チップと上層半導体チップとの対応するバンプ同士を直接接合するようにしても良いし、第２実施例において、伝熱導電シートを介して、接続するようにしても良い。
また、例えば、第１参考例では、２つの半導体チップがともに回路形成面を上方に向けた状態で配置された場合について、第１実施例では、２個の半導体チップが回路形成面同士を互いに対向させた状態で配置された場合について述べたが、２個の半導体チップがともに回路形成面を下方に向けた状態で配置された場合や、２個の半導体チップが回路が形成されていない側の面同士を互いに対向させた状態で配置された場合にも、伝熱導電板を介挿するようにしても良い。

また、例えば、第１実施例では、グランド配線が基板３５の上面の周縁部に形成されている場合について述べたが、加えて、図２５に示すように、基板３５の側面及び下面に放熱用金属層（放熱部）８５をその表面が露出するように形成し、グランド配線に接続するようにしても良い。これによって、熱放散を一段と確実に行うことができる。
また、例えば第３実施例では、基板５２のチップ搭載面上に銀ペースト等の接着剤６３を塗布した後、下層半導体チップ５３を降下させて載置する場合について述べたが、銀ペーストの塗布とは限らず、例えば、シート状の導電性接着材を載置して、この後に下層半導体チップ５３を降下させて載置するようにしても良い。
また、第３実施例においても、伝熱導電板５５に代えて、伝熱導電シートを用いるようにしても良い。

また、第３実施例及び第４実施例では、基板として、吸着部６１を挿入可能な例えば多数の断面円形の貫通孔５２ａ（６７ａ）、５２ａ（６７ａ）、…が予め形成された基板５２（６７）を用いる場合について述べたが、図２６に示すように、吸着部６１を挿入可能な例えば溝状の開口８７ａが予め形成された基板８７を用いるようにしても良い。また、図２７に示すように、円形の貫通孔８８ａ、８８ａ、…と溝状の開口８８ｂとが予め形成された基板８８を用いるようにしても良い。
また、基板としては、配線基板に限らず、複数個のパターンが連結され、所定の位置にマウントステージ５８の吸着部６１が挿入される開口や切欠きを設けたリードフレームを用いるようにしても良い。

また、第３実施例及び第４実施例では、基板に対して下層半導体チップが傾斜した状態のまま上層半導体チップを搭載する場合について述べたが、図２８（ａ）及び図２９に示すように、基板９３上に一定の高さの柱状のスペーサ９４を、下層半導体チップ９５の載置領域９３ａ内に配置しておき、この載置領域９３ａに所定量の接着剤９６を滴下又は塗布した後、図２７（ｂ）に示すように、下層半導体チップ９５を降下させて、搭載するようにしても良い。
また、図３０に示すように、基板９７上に一定の高さの枠状の堰部９８を形成し、この四角部に切欠き部９９を設けて、この枠状の堰部９８内の下層半導体チップの載置領域に所定量の接着剤を滴下又は塗布した後、下層半導体チップを搭載するようにしても良い。

また、第３実施例及び第４実施例では、２個の半導体チップを、それぞれの回路形成面を互いに対向させ、垂直方向に配置させた状態で基板に搭載するＣＯＣ方式の半導体装置の製造方法において適用した場合について述べたが、これに限らず、２個の半導体チップを、それぞれの回路形成面を上方に向けた状態で、重ねて基板に搭載する場合で、上層側の半導体チップにスルーホールを形成し、下面にスルーホールを介して上面側の回路と接続したバンプを設けて、バンプを介して２個の半導体チップ同士を接続するときに適用するようにしても良い。

この発明の第１参考例である半導体装置の構成を示す断面図である。 この発明の第２参考例である半導体装置の構成を示す断面図である。 この発明の第３参考例である半導体装置の構成を示す断面図である。 図３のＡ−Ａ線に沿った断面図であって、同半導体装置を構成するモールド樹脂の一部を破断して示す図である。 同半導体装置を構成する伝熱導電シートの構成を示す断面図である。 この発明の第１実施例である半導体装置の構成を示す断面図である。 図６のＢ−Ｂ線に沿った断面図であって、同半導体装置を構成するモールド樹脂の一部を破断して示す図である。 同半導体装置を構成する伝熱導電シートの構成、及び同伝熱導電シートを介した下層半導体チップと上層半導体チップとの接続状態を示す断面図である。 この発明の第２実施例である半導体装置の構成を示す断面図である。 図９のＣ−Ｃ線に沿った断面図であって、同半導体装置を構成するモールド樹脂の一部を破断して示す図である。 同半導体装置を構成する伝熱導電シートの構成、及び同伝熱導電シートを介した下層半導体チップと上層半導体チップとの接続状態を示す断面図である。 この発明の第３実施例である半導体装置の製造方法によって製造された半導体装置の構成を示す断面図である。 同半導体装置を製造するために用いられるマウント装置の概略構成を説明するための説明図である。 同半導体装置の基板の構成を示す下面図である。 同半導体装置の製造方法を説明するための工程図である。 同半導体装置の製造方法を説明するための工程図である。 同半導体装置の製造方法を説明するための工程図である。 図１６（ａ）のＤ−Ｄ線に沿った断面図である。 この発明の第４実施例である半導体装置の製造方法によって製造された半導体装置の構成を示す断面図である。 同半導体装置の製造方法を説明するための工程図である。 この発明の第１参考例の変形例である半導体装置の構成を示す断面図である。 従来技術を説明するための説明図である。 この発明の第１参考例の別の変形例である半導体装置の構成を示す断面図である。 この発明の第３参考例の変形例である半導体装置の伝熱導電シートの構成を示す断面図である。 この発明の第１実施例の変形例である半導体装置の構成を示す断面図である。 この発明の第３実施例の変形例である半導体装置の製造方法において用いられる基板の構成を示す平面図である。 この発明の第３実施例の別の変形例である半導体装置の製造方法において用いられる基板の構成を示す平面図である。 この発明の第３実施例のさらに別の変形例である半導体装置の製造方法を説明するための工程図である。 同半導体装置の製造方法を説明するための説明図である。 この発明の第３実施例のさらに別の変形例である半導体装置の製造方法を説明するための説明図である。 従来技術を説明するための説明図である。 従来技術を説明するための説明図である。 従来技術を説明するための説明図である。 従来技術を説明するための説明図である。

符号の説明

１、１１、２４、３４、４１、５１、６６、７３、７９、８２ 半導体装置
２、１２、２５、３５、４２、５２、６７、７４、７７、８３、８７、８８、９３、９７ 基板
３、１３、２６、３６、４３、５３、６８ 下層半導体チップ（第１の半導体チップ）
４、１４、２７、３７、４４、５４、６９ 上層半導体チップ（第２の半導体チップ）
５、１５、１６、５５ 伝熱導電板（伝熱導電体）
２８、３８、４５ 伝熱導電シート（伝熱導電体）
５８ マウントステージ（部品載置台）
５９ マウントツール（部品把持具）
６１ 吸着部（第１の吸着部）
６２ 吸着部（第２の吸着部）

Claims (3)

1. 基板上に複数個の半導体チップが積層されてなる半導体装置であって、
   前記基板と最上層の半導体チップとの間に、前記半導体チップで発生した熱を放散させると共に電磁ノイズを遮蔽するための熱伝導性及び導電性を有する少なくとも一つの伝熱導電シートが介挿され、
   前記複数個の半導体チップを構成し、前記伝熱導電シートを介して互いに隣接する第１及び第２の半導体チップは、それぞれの回路形成面を互いに対向させた状態で、積層化されて前記基板上に搭載され、
   前記伝熱導電シートは、シールド層と、該シールド層を挟む一対の非接着性絶縁層との積層部材からなると共に、前記第１の半導体チップと前記第２の半導体チップとの間に介挿されるシールド部と、該シールド部から前記基板の接地配線にまで延設されて、当該接地配線に電気的及び熱的に直接接続されている複数のリード部とを有して構成され、かつ、
   前記絶縁層及び前記シールド層内には、前記第１の半導体チップと前記第２の半導体チップの端子とを電気的に接続するための接続配線層が設けられていることを特徴とする半導体装置。
2. 前記リード部は、略矩形状のシールド部の四角部から前記基板の接地配線にまで延設されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
3. 前記リード部は、略矩形状のシールド部の四端縁から前記基板の接地配線にまで延設されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。

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