JP5099714B2 - Multi-chip module - Google Patents
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Description
この発明は、マルチチップモジュール(MCM)に関し、例えばいくつかの異なる機能の複数の半導体チップを1つの搭載基板に搭載することによって実質的に一つの半導体集積回路装置として一体構成にするマルチチップモジュールに適用して有効な技術に関するものである。 The present invention relates to a multichip module (MCM), for example, a multichip module in which a plurality of semiconductor chips having several different functions are mounted on a single mounting substrate so as to be substantially integrated as a single semiconductor integrated circuit device. It is related to technology effective when applied to.
いわゆるマルチチップモジュール技術では、複数の半導体チップが、複数の内部配線と複数の外部端子とを持つような搭載基板に搭載され、それら複数の半導体チップと搭載基板とが一体化された装置とされる。特開平6−224360号公報、特開2003−7963公報には、特開2003−224242公報には、複数チップスタック構造であって、ボンディングワイヤを設けるための空間を設ける工夫がなされている。すなわち、特開平6−224360号公報ではチップの裏面に段切りが設けられる。特開2003−7963公報ではスペーサが設けられる。特開2003−224242公報ではチップ裏面に切り欠けが設けられる。 In so-called multichip module technology, a plurality of semiconductor chips are mounted on a mounting substrate having a plurality of internal wirings and a plurality of external terminals, and the plurality of semiconductor chips and the mounting substrate are integrated. The In JP-A-6-224360 and JP-A-2003-7963, JP-A-2003-224242 is devised to provide a space for providing bonding wires in a multi-chip stack structure. That is, in Japanese Patent Laid-Open No. 6-224360, a step is provided on the back surface of the chip. In JP 2003-7963 A, a spacer is provided. In Japanese Patent Laid-Open No. 2003-224242, a chip is provided on the back surface of the chip.
半導体技術の進歩は、マイコン用チップ、DRAMチップ、フラッシュメモリ用チップのような電子システムを構成するための複数の半導体チップを全体として1つのパッケージ形態の半導体装置として構成しようとする技術の方向性を生み出している。すなわち、複数の半導体チップではなく、各々1個ずつの半導体チップをQFP(Quad Flat Package) やCSP(Chip Size Package又はChip Scale Package),BGA(Ball Grid Array) といった通常パッケージ技術によってパッケージした複数の半導体装置を用い、それら複数の半導体装置をプリント基板のような実装基板上に実装する場合には、半導体チップ間の距離及びその配線距離を小さくすることが難しくなり、配線による信号遅延が大きく、装置の高速化・小型化の上での制約が生じてしまう。 Advances in semiconductor technology are the direction of technology that attempts to configure a plurality of semiconductor chips, such as microcomputer chips, DRAM chips, and flash memory chips, as a whole as a single package semiconductor device. Has produced. In other words, instead of a plurality of semiconductor chips, each one semiconductor chip is packaged by a normal packaging technology such as QFP (Quad Flat Package), CSP (Chip Size Package or Chip Scale Package), BGA (Ball Grid Array). When using a semiconductor device and mounting the plurality of semiconductor devices on a mounting board such as a printed circuit board, it becomes difficult to reduce the distance between the semiconductor chips and the wiring distance thereof, and the signal delay due to the wiring is large. There will be restrictions in speeding up and downsizing the device.
これに対して、マルチチップモジュール(Multi Chip Module)技術においては、いわゆるベアチップと称されるような著しく小型の形態にされた複数の半導体チップを一つのパッケージの形態での半導体装置とするため、各チップ間の配線距離を短くすることができ、半導体装置の特性を向上させることができる。また、複数のチップを一つのパッケージとすることによって、半導体装置を小型化でき、かつその実装面積を減少させて半導体装置を小型化できる。 On the other hand, in the multi-chip module (Multi Chip Module) technology, in order to make a plurality of semiconductor chips in a form of a single package into a semiconductor device in a significantly small form called a so-called bare chip, The wiring distance between the chips can be shortened, and the characteristics of the semiconductor device can be improved. Further, by making a plurality of chips into one package, the semiconductor device can be reduced in size, and the semiconductor device can be reduced in size by reducing its mounting area.
マルチチップモジュールとして構成するための半導体チップとしては、例えば、マイコン用チップと、かかるマイコン用チップに結合されるDRAMあるいはフラッシュメモリ用チップのように、互いに密接に関連したものが選ばれることが望ましい。このような互いに密接に関連する複数の半導体チップの組み合わせを選択するときにはマルチチップモジュールの特徴を充分に生かすことができるようになる。しかしながら、前記特許文献1ないし3においては、このようなマルチチップモジュールの特徴である全体としての機能の向上や、更なる小型化に関して配慮が成されておらず、専ら個々のチップをスタック構造とするだけで止まるものである。
As a semiconductor chip to be configured as a multichip module, it is desirable to select closely related ones such as a microcomputer chip and a DRAM or flash memory chip coupled to the microcomputer chip. . When selecting such a combination of a plurality of semiconductor chips closely related to each other, the characteristics of the multichip module can be fully utilized. However, in the above-mentioned
本発明の目的は、高性能化及び小型化を実現したマルチチップモジュールを提供することにある。この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。 An object of the present invention is to provide a multichip module that achieves high performance and miniaturization. The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。すなわち、複数の電極が形成されている搭載基板の表面上に第1半導体チップが面付けされる。前記第1半導体チップの表面上にそれぞれの主面周辺部に複数のボンディングパッド及び裏面を有する第2半導体チップ、第3半導体チップを搭載する。前記第2半導体チップにおけるボンディングパッドのうち前記第1半導体チップの第1辺側に存するボンディングパッドは、第1ボンディングワイヤを介して前記搭載基板の前記第1電極と、前記第2半導体チップにおけるボンディングパッドのうち前記第1半導体チップの第2辺側に存するボンディングパッドは、第2ボンディングワイヤ及び前記第3半導体チップを介して前記搭載基板の前記第2電極と電気的に接続される。前記搭載基板上の前記第1、第2、第3半導体チップを樹脂封止体で封止される。 The outline of a typical invention among the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows. That is, the first semiconductor chip is applied on the surface of the mounting substrate on which the plurality of electrodes are formed. A second semiconductor chip and a third semiconductor chip each having a plurality of bonding pads and a back surface are mounted on the periphery of each main surface on the front surface of the first semiconductor chip. Of the bonding pads in the second semiconductor chip, the bonding pad on the first side of the first semiconductor chip is bonded to the first electrode of the mounting substrate via the first bonding wire and to the bonding in the second semiconductor chip. A bonding pad existing on the second side of the first semiconductor chip among the pads is electrically connected to the second electrode of the mounting substrate via the second bonding wire and the third semiconductor chip. The first, second, and third semiconductor chips on the mounting substrate are sealed with a resin sealing body.
搭載基板の表面上に面付けされた第1半導体チップにおいては、良好な信号伝達経路を実現しつつ、搭載基板においてそれと接続のための第1半導体チップより大きなエリアが不要となるのでその分搭載基板の小型化ができる。第2半導体チップと第3半導体チップとを同等の条件で搭載基板に接続可能となり2倍の回路機能を実現できる。 In the first semiconductor chip mounted on the surface of the mounting board, while realizing a good signal transmission path, a larger area is not required in the mounting board than the first semiconductor chip for connection with the mounting board. The size of the substrate can be reduced. The second semiconductor chip and the third semiconductor chip can be connected to the mounting substrate under the same conditions, and a double circuit function can be realized.
添付の図面に沿って、この発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。A preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1ないし図6には、この発明に係るマルチチップモジュールを説明するための一実施例の断面図が示されている。図1ないし図6においては、この発明に係るマルチチップモジュールの構成を組み立てフローの形態で表している。この実施例のマルチチップモジュールは、アプリケーション・スペシファイド・インテグレーテッド・サーキッツ、すなわち特定用途向ICを構成するCPUを含むマイコンLSI(以下、単にASICという)、2個からなるシンクロナス・ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ(Synchronous Dynamic Random Access Memory 、以下単にSDRAMという)、及びフラッシュEEPROM(Flash Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory ;以下単にFLASHという)がスタックド構成にされる。 1 to 6 are sectional views showing an embodiment for explaining a multichip module according to the present invention. 1 to 6, the configuration of the multichip module according to the present invention is shown in the form of an assembly flow. The multi-chip module of this embodiment is an application specific integrated circuit, that is, a microcomputer LSI (hereinafter simply referred to as an ASIC) including a CPU constituting an application specific IC, and is composed of two synchronous dynamic random modules. access memory, and a flash EEPROM (Synchronous Dynamic Random access memory, referred to simply as SDRAM or less) (Flash Electrically Erasable and Programm a ble Read only memory; hereinafter simply referred to as FLASH) is a stacked configuration.
特に制限されないが、組み合わされる半導体チップの大きさは、ASIC500が5.75×5.75とされ、SDRAM300,301が6.84×6.80とされ、FLASH200が8.51×5.82とされる。SDRAM300,301は、それぞれが約128Mビットのような記憶容量を持ち、上記のように2個合わせて全体で256Mビットのような大きな記憶容量とされる。FLASH200は、128Mビットのような記憶容量を持つようにされる。SDRAMとしては、1チップで256Mビットのような記憶容量を持つものものあるが、上記2個の128Mビットのものをスタックド構成とすることにより、上記他の半導体チップ200,500との大きさがほぼ同等となり、例えば、13×13のような小さな搭載基板100に搭載させる。
Although not particularly limited, the sizes of the semiconductor chips to be combined are 5.75 × 5.75 for ASIC 500, 6.84 × 6.80 for SDRAM 300 and 301, and 8.51 × 5.82 for FLASH 200. Is done. Each of the
この実施例では、上記2つのSDRAM300,301を除く1つの半導体チップ、図1〜図6の実施例ではFLASH200が、図1に示したように搭載基板100上に面付け実装される。つまり、ベアチップであるFLASH200のパッド上にAuパンプ201を形成し、搭載基板100のパッドに異方導電性フィルムACFを仮付けし、上記パッド上にAuバンプ201が形成されたベアチップ形態のFLASH200を搭載基板100にマウントし、加熱圧着が実施されて面付けされる。
In this embodiment, one semiconductor chip excluding the two
図2に示したように、SDRAM300が上記FLASH200に対して背中合わせで(チップの裏面同士が向かい合うように)搭載される。つまり、SDRAM300がFLASH200と背中合わせで熱硬化性接着剤又は裏面に設けられたダイボンドフィルム302を用いて接着され、ワイヤボンディングにより搭載基板100の対応する電極101とワイヤ303により接続される。そして、SDRAM300の上記ワイヤボンディングのためのボンディングパッドが形成される部分を含むチップ周辺部を除いたチップ中央部分にスペーサ400が設けられる。このスペーサ400は、特に制限されないが、スタックド構造の半導体チップとの熱膨張率を均等にするためにシリコン基板により形成され、熱硬化性接着剤又は裏面に設けられたダイボンドフィルム401を用いて接着される。
As shown in FIG. 2, the SDRAM 300 is mounted back to back on the FLASH 200 (with the back surfaces of the chips facing each other). That is, the SDRAM 300 is bonded to the FLASH 200 back to back using a thermosetting adhesive or the
図3に示したように、SDRAM301が上記スペーサ400の表面に搭載される。つまり、SDRAM301がスペーサ400上に熱硬化性接着剤又は裏面に設けられたダイボンドフィルム304を用いて接着され、ワイヤボンディングにより搭載基板100の対応する電極とワイヤ305により接続される。この際、上層側のSDRAM301の裏面側に設けられたダイボンドフィルム304は、下層側のSDRAM300に設けられるワイヤ303が上層側のSDRAMの裏面に接触しても電気絶縁性を維持させることにも利用できる。前記熱硬化性接着剤を用いる場合でも、上層側のSDRAM301の裏面全面に塗布することにより、上記電気絶縁性を持たせることが望ましい。
As shown in FIG. 3, the SDRAM 301 is mounted on the surface of the
図4に示したように、SDRAM301の上記ワイヤボンディングのためのボンディングパッドが形成される部分を含むチップ周辺部を除いたチップ中央部分にASIC500が搭載される。このASIC500は、熱硬化性接着剤又は裏面に設けられたダイボンドフィルム502を用いて接着される。そして、ワイヤボンディングにより搭載基板100の対応する電極とワイヤ504により接続される。上記のようにSDRAM300,301に対して、ASIC500のサイズが小さいために、ワイヤ504がその下層に設けられたSDRAM301のチップ周辺部に接触してしまうという不都合が生じる虞れがあるので、ASIC500をSDRAM301の図の左側に寄せて搭載し、SDRAM301の右側にはターミナルチップ501が熱硬化性接着剤又は裏面に設けられたダイボンドフィルム503を用いて搭載される。これにより、ASIC500の右側に設けられたボンディングパッドは、ワイヤ505によりターミナルチップ501のボンディングパッドと接続される。このターミナルチップ501の上記ボンディングパッドに一端が接続された配線の他端にボンディングパッドを設け、かかるターミナルチップ501のボンディングパッドと上記搭載基板100の対応する電極とワイヤ504により接続される。
As shown in FIG. 4, the
図5に示したように、上記FLASH200、SDRAM300,301,スペーサ400、ASIC50及びターミナルチップ501と、それらに設けられたボンディングワイヤを樹脂封止体600により封止し、図6に示したように搭載基板100の裏面側に外部端子700としてのボール付けリフローがなされてマルチチップモジュールが形成される。
As shown in FIG. 5, the
上記FLASH200は、搭載基板100に面付け可能な複数のバンプ電極201を持つ。FLASH200は、必要に応じて、エリア・アレイ・パッドと称されるような技術、すなわち、素子及び配線が完成された半導体チップの回路形成面上にポリイミド樹脂からなるような絶縁膜を介してパッド電極(ボンディングパッド)の再配置を可能とする配線を形成し、かかる配線にパッド電極(バンプ接続用ランド電極)を形成するような技術によって構成される。
The
上記エリア・アレイ・パッド技術は、半導体チップにおける外部端子としての数十μmないし100μmピッチのような比較的小さいピッチに配列されたパッド電極は、0.1mm〜0.2mmのような径とされ、かつ400μm〜600μmピッチのような比較的大きなピッチのパンプ電極配列に変換される。このため、エリア・アレイ・パッド技術は、ASIC500のように多数のパッド電極が半導体チップ設けられる半導体チップの面付けチップ化に有効である。
In the area array pad technology, pad electrodes arranged at a relatively small pitch such as several tens to 100 μm as external terminals in a semiconductor chip have a diameter of 0.1 mm to 0.2 mm. , And a pump electrode array having a relatively large pitch such as 400 μm to 600 μm. For this reason, the area array pad technology is effective for forming an imposition chip of a semiconductor chip in which a large number of pad electrodes are provided as in the
上記搭載基板100は、ガラスエポキシもしくはガラスからなるような絶縁基板と、かかる絶縁基板上に形成された多層配線構成からなるような比較的微細な内部配線と、半導体チップのパンプ電極に電気的結合されるべき複数のランドと、複数の外部端子とを持つ。搭載基板100は、上記半導体チップ搭載側の主面に、上記ランドの他に、SDRAM300,301やASIC500に設けられたボンディングパッドとのワイヤ接続するための電極も形成される。
The mounting
この実施例のFLASH200は、いわゆるAND型と称され、特に制限されないが、独立したアドレス端子を持たない。アドレス信号は、データ端子を利用して時分割的にシリアルに入力される。つまり、この実施例のフラッシュメモリでは、データ端子I/O(7:0)を介して動作モードを指定するコマンド及びアドレス、データも取り込まれるようにされる。入出力バッファを介して入力された入力信号は、内部信号線を通してコマンドデコーダ、アドレスカウンタ等に伝えられる。このため、図7(A)に示したように、半導体チップ200の2つの辺(この実施例では短辺)に沿ってバンプ電極が配置されて上記面付けが行われる。
The
図7(B)に示したように、SDRAMは半導体チップの2つの辺(この実施例では短辺)に沿ってボンディングパッドが配置されて、搭載基板100の対応する電極とワイヤ303等によってワイヤボンディングされる。図7(C)に示したように、ASIC500及びターミナルチップ501は、その4つの周辺部にボンディングパッドが配置されて、搭載基板100の対応する電極と放射状にワイヤ503等によってワイヤボンディングされる。
As shown in FIG. 7B, in the SDRAM, bonding pads are arranged along two sides (short sides in this embodiment) of a semiconductor chip, and wires are formed by corresponding electrodes of the mounting
搭載基板100上に効率よく、上記4つの半導体チップ200,300,301,500を搭載させるために、上記スタックド構造とするものである。つまり、中間的な大きさのFLASH200を搭載基板100上に面付けし、その上にSDRAM300を背中合わせで積層(スタック)構造とし、その上にスペーサを介して同じSDRAM301を搭載し、さらにASIC500を積層するものである。上記搭載基板100からみると、SDRAMが占める部分にFLASH200、ASIC500をまるまる搭載させることができる。これにより、13×13のような小さな搭載基板上に、上記4個もの半導体チップを搭載したマルチチップモジュールを構成することができる。
In order to efficiently mount the four
図8には、この発明に係るマルチチップモジュールの一実施例の断面図が示されている。この実施例は、前記図1〜6の実施例に対応している。SDRAM300,301やFLASH200は、既存の半導体チップから構成されるのに対して、マイコンLSI(ASIC)500はそれと組み合わされるSDRAM300,301に対応してボンディングパッドの配列が決められる。マイコンLSI(ASIC)500は、前記のように特定用途ICを構成するようにされる。
FIG. 8 shows a cross-sectional view of one embodiment of a multichip module according to the present invention. This embodiment corresponds to the embodiment shown in FIGS. The
すなわち、ASIC500は、CPU(中央処理装置)を中心とする複数の回路ブロックが搭載されてASIC構成を容易ならしめるように、それぞれの回路ブロックが独立的な回路機能単位としてのいわゆるモジュールないしはマクロセルをなすようにされる。各機能単位は、それぞれその規模構成が変更可能にされる。上記のようなメモリSDRAM300,301、FLASH200との組み合わせに対応したASIC500のパッドの配列の設定は、上記機能単位の組み合わせに対応した機能ブロックのレイアウト設計の際に合わせて行われる。
That is, the
図9には、この発明に係るマルチチップモジュールの他の一実施例の断面図が示されている。この実施例は、搭載基板100上にASIC500が前記実施例と同様に面付けされる。この場合、ASIC500のサイズが前記実施例のようにその上に搭載されるSDRAM300,301よりも小さい場合、安定的にSDRAM300,301を搭載するためにスペーサ501’が設けられる。つまり、ASIC500は、面付けされているので前記図8のようなターミナルチップ501が不要となり、それに代わって上記スペーサ501’が設けられる。
FIG. 9 shows a cross-sectional view of another embodiment of the multichip module according to the present invention. In this embodiment, the
一般的にASIC500に設けられる端子数は、前記SDRAM300,301やFLASH200に比べて多数の端子数が設けられる。それ故、上記のような面付け実装することにより、前記図8のようにワイヤボンディングによって電気的に接続する場合に比べて搭載基板側に設けられるボンディング用電極数を大幅に減らして搭載基板の大きさを小さくすることができる。また、回路動作の性能面から見ても、高速な信号伝達を行う必要のあるマイクロプロセッサCPUの信号伝達経路に比較的長く形成されるボンディングワイヤを用いた場合には、ボンディングワイヤの比較的大きなインダクタンス成分によって高周波数のクロック及びそれに同期した信号伝達の速度を妨げるという問題が生じるが、この実施例では、前記のように搭載基板の小型化が可能であるばかりか、回路動作の性能面でも有利なものとなる。
Generally, the number of terminals provided in the
図10には、この発明に用いられるマイコンLSIの一実施例のブロック図が示されている。同図の各回路ブロックは、公知のCMOS(相補型MOS)半導体集積回路の製造技術によって、単結晶シリコンのような1個の基板上において形成される。上記マンコンLSIは、特に制限されないが、RISC(Reduced instruction set computer)タイプの中央処理装置CPUにより、高性能な演算処理を実現し、システム構成に必要な周辺機器を集積し、携帯機器応用に向けられている。中央処理装置CPUは、RISCタイプの命令セットを持っており、基本命令はパイプライン処理を行って1命令1ステート(1システムクロックサイクル)で動作する。この中央処理装置CPUとデータシグナルプロセッサDSPを中心として、例えば携帯電話機に向けて以下のような周辺回路が搭載されている。 FIG. 10 is a block diagram showing an embodiment of a microcomputer LSI used in the present invention. Each circuit block shown in the figure is formed on a single substrate such as single crystal silicon by a known CMOS (complementary MOS) semiconductor integrated circuit manufacturing technique. Although the above-mentioned Mancon LSI is not particularly limited, the RISC (Reduced instruction set computer) type central processing unit CPU realizes high-performance arithmetic processing, integrates peripheral devices necessary for system configuration, and is intended for portable device applications. It has been. The central processing unit CPU has a RISC type instruction set, and the basic instruction performs pipeline processing and operates in one instruction and one state (one system clock cycle). With the central processing unit CPU and the data signal processor DSP as the center, the following peripheral circuits are mounted, for example, toward a mobile phone.
内部バスは、Iバス、Yバス、Xバス、Lバス及び周辺バスからなり、最少部品点数によりユーザーシステムを構成できるように内蔵周辺モジュールとして、画像処理に向けたメモリXYMEM、メモリコントローラXYCNTが設けられる。このメモリXYMEM及びコントローラXYCNTは、Iバス、X,Yバス及びLバスに接続され、画像処理のためのデータ入出力及び表示動作のためのデータ出力動作が行われる。 The internal bus consists of an I bus, Y bus, X bus, L bus, and peripheral bus, and a memory XYMEM and memory controller XYCNT for image processing are provided as built-in peripheral modules so that a user system can be configured with the minimum number of parts. It is done. The memory XYMEM and the controller XYCNT are connected to the I bus, X, Y bus, and L bus, and perform data input / output for image processing and data output operation for display operation.
上記Iバスには、キュッシュメモリCACHE及びキャッシュメモリコントローラCCN、メモリマネージメントコントローラMMU、トランスレーションルックアサイドバッファTLB、割り込みコントローラINTC、クロック発振器/ウォッチドッグタイマCPG/WDT、ビデオI/OモジュールVIO及び外部バスインターフェイスが設けられる。この外部バスインターフェイスを介して、前記メモリLSIと接続される。 The I bus includes a cache memory CACHE and a cache memory controller CCN, a memory management controller MMU, a translation lookaside buffer TLB, an interrupt controller INTC, a clock oscillator / watchdog timer CPG / WDT, a video I / O module VIO, and an external bus An interface is provided. The memory LSI is connected via the external bus interface.
Lバスには、上記キュッシュメモリCACHE及びキャッシュメモリコントローラCCN、メモリマネージメントコントローラMMU、トランスレーションルックアサイドバッファTLBと、上記中央処理装置CPU、データシグナルプロセッサDSP、ユーザーブレークコントローラUBC及びアドバンストユーザーデバッガAUDが接続される。 Connected to the L bus are the cache memory CACHE, cache memory controller CCN, memory management controller MMU, translation lookaside buffer TLB, the central processing unit CPU, data signal processor DSP, user break controller UBC, and advanced user debugger AUD. Is done.
上記周辺バスには、16ビットのタイマユニットTMU、コンペアマッチタイマCMT、シリアルI/O(FIFO付き)SIOF0、FIFO内蔵シリアルコミュニケーションインターフェイスSCIF1、I2 CコントローラI2 C、多機能インターフェイスMFI、NAND/ANDフラッシュインターフェイスFLCTL、ユーザーデバックインターフェイスH−UDI、ASEメモリASERAM及びピンファンクションコントローラPFC、RCLK動作ウォッチドッグタイマRWDTが接続される。上記周辺バスとIバスには、バスステートコントローラBSC、ダイレクトメモリアクセスコントローラDMACが接続される。 The peripheral bus includes 16-bit timer unit TMU, compare match timer CMT, serial I / O (with FIFO) SIOF0, FIFO built-in serial communication interface SCIF1, I 2 C controller I 2 C, multi-function interface MFI, NAND / An AND flash interface FLCTL, a user debug interface H-UDI, an ASE memory ASERAM, a pin function controller PFC, and an RCLK operation watchdog timer RWDT are connected. A bus state controller BSC and a direct memory access controller DMAC are connected to the peripheral bus and the I bus.
図11には、この発明に係るマルチチップモジュールの一実施例のブロック図が示されている。同図は、図1等のマイクロコンピュータSHと、メモリSDRAM及びフラッシュメモリFLASHとの電気的な接続関係が信号端子名とともに例示的にされている。図11のようなマイクロコンピュータSH、メモリSDRAM及びフラッシュメモリFLASHとが組み合わされたマルチチップモジュールの特徴を生かしつつ、高性能で小型化を可能にするために、相互に信号の授受が行われるマイクロコンピュータSH、メモリSDRAMは、搭載基板に形成されたアドレスバス(13bit)、データバス(32bit)及び制御バスにより相互に接続される。 FIG. 11 is a block diagram showing an embodiment of the multichip module according to the present invention. In this figure, the electrical connection relationship between the microcomputer SH of FIG. 1 and the like, the memory SDRAM, and the flash memory FLASH is illustrated together with signal terminal names. In order to enable high performance and miniaturization while taking advantage of the features of the multichip module in which the microcomputer SH, the memory SDRAM, and the flash memory FLASH as shown in FIG. 11 are combined, signals are exchanged with each other. The computer SH and the memory SDRAM are connected to each other by an address bus (13 bits), a data bus (32 bits), and a control bus formed on the mounting board.
例えば、アドレスバスは、2つのSDRAM0とSDRAM1のアドレス端子A0〜A12に対応された13本からなり、データバスは、2つのSDRAM0とSDRAM1のデータ端子DQ0〜DQ31に対応された32本からなる。上記マイクロコンピュータSHは、上記アドレスバスに対してA2からA14のアドレス端子が接続され、上記データバスに対してはD0〜〜D31が接続される。 For example, the address bus includes 13 lines corresponding to the address terminals A0 to A12 of two SDRAM0 and SDRAM1, and the data bus includes 32 lines corresponding to the data terminals DQ0 to DQ31 of the two SDRAM0 and SDRAM1. In the microcomputer SH, address terminals A2 to A14 are connected to the address bus, and D0 to D31 are connected to the data bus.
上記マイクロコンピュータSHは、SDRAMに対応されたCKIO、CKE、SC2B、CS3B、RASLB、CASLB、RD/WRBとWE3B/DQMUU,WE2B/DQMUL及びWE1B/DQMLU,WE0B/DQMLLの各制御出力端子を持ち、それぞれがSDRAMのCLK、CKE、CSB、RASB、CASB、WEBとDQM7,DQM5,DQM2,DQM0に接続される。この場合、SDRAMは、SDRAM0とSDRAM1の2つのチップが搭載される。この2つのSDRAM0とSDRAM1は、マイクロコンピュータSHが形成される2つのチップセレクト信号SC2B,SC3Bが割り当てられて、いずれか一方がSC2B又はSC3Bによって選択される。したがって、他の信号ピンは、SDRAM0とSARM1は全て共通にされて並列接続される。 The microcomputer SH has control output terminals of CKIO, CKE, SC2B, CS3B, RASLB, CASLB, RD / WRB, WE3B / DQMUU, WE2B / DQMUL, and WE1B / DQMLU, WE0B / DQMLL corresponding to SDRAM, Each is connected to the CLK, CKE, CSB, RASB, CASB, WEB and DQM7, DQM5, DQM2, DQM0 of the SDRAM. In this case, two chips, SDRAM0 and SDRAM1, are mounted on the SDRAM. These two SDRAM0 and SDRAM1 are assigned two chip select signals SC2B and SC3B for forming the microcomputer SH, and one of them is selected by SC2B or SC3B. Therefore, SDRAM0 and SARM1 are all shared by other signal pins in parallel.
図11において、各端子名にBを付したものは、図面上では端子名にオバーバーを付したロウレベルをアクティブレベルとする論理記号に対応している。上記端子WE3B/DQMUU,WE2B/DQMUL及びWE1B/DQMLU,WE0B/DQMLLは、マクス信号であり、上記32ビットからなるデータバスを8ビットずつ4組に分け、WE3B/DQMUU,WE2B/DQMUL及びWE1B/DQMLU,WE0B/DQMLLによりライト/リードの選択的なマスクを行う。 In FIG. 11, each terminal name with “B” corresponds to a logical symbol having an active level at a low level in which “over” is added to the terminal name in the drawing. The terminals WE3B / DQMUU, WE2B / DQMUL, and WE1B / DQMLU, WE0B / DQMLL are maximum signals. The 32-bit data bus is divided into four groups of 8 bits each, and WE3B / DQMUU, WE2B / DQMUL, and WE1B / Write / read selective masking is performed by DQMLU and WE0B / DQMLL.
この実施例のマイクロコンピュータSHは、上記フラッシュメモリFLASHに対応したインターフェイスを備えている。つまり、フラッシュメモリFLASHは、データ端子I/O(7:0)と、制御信号WEB,SC,OEB,RDY/BusyB,CEBを備えている。これに対応して、マイクロコンピュータSHにも、NA_IO(7:0)と、制御信号NA_WEB,NA_SC,NA_OEB,NA_RYBY,NA_CEBが設けられる。マイクロコンピュータSHと上記フラッシュメモリFLASHとの間の書き込み/読み出し動作は、前記SDRAM等との動作速度に比べて遅いので、前記図9の実施例のように前記ボンディングワイヤが信号伝達経路となっていても伝達速度には支障はないので、全体としての高性能化を図りつつ、MCMの小型化が可能になる。 The microcomputer SH of this embodiment has an interface corresponding to the flash memory FLASH. That is, the flash memory FLASH includes data terminals I / O (7: 0) and control signals WEB, SC, OEB, RDY / BusyB, and CEB. Correspondingly, the microcomputer SH is also provided with NA_IO (7: 0) and control signals NA_WEB, NA_SC, NA_OEB, NA_RYBY, and NA_CEB. Since the write / read operation between the microcomputer SH and the flash memory FLASH is slower than the operation speed with the SDRAM or the like, the bonding wire is a signal transmission path as in the embodiment of FIG. However, since there is no hindrance to the transmission speed, it is possible to reduce the size of the MCM while improving the overall performance.
半導体チップと搭載基板の接続を金(Au)/半田(Sn等)接合を用い、かつ、搭載基板の裏面側にボール状の突起電極を有しないランド・グリッド・アレイ(LGA)型のマルチチップモジュールの例を次に説明する。 A land grid array (LGA) type multichip that uses gold (Au) / solder (Sn, etc.) bonding to connect the semiconductor chip and the mounting substrate, and does not have a ball-shaped protruding electrode on the back surface side of the mounting substrate. An example of a module is described next.
図12に示すように、本実施形態のMCMは、基本的に前述した図1〜図6又は図9で説明したマルチチップモジュールMCMと同様の構成になっており、以下の構成が異なっている。即ち、Auスタッドバンプ1は、接合材2を介在して搭載基板3の接続部4に電気的にかつ機械的に接続されている。そして、半導体チップ5と搭載基板3との間には、搭載基板3と半導体チップ5との熱膨張係数の差に起因する熱応力の集中によって生じる半導体チップ5の破損を抑制するため、アンダーフィル樹脂6が充填されている。更に、搭載基板3の裏面には、例えばプリント配線基板(PCB)に電気的に接続するための外部端子としてのランド電極7が形成されている。
As shown in FIG. 12, the MCM of the present embodiment has basically the same configuration as the multichip module MCM described in FIG. 1 to FIG. 6 or FIG. 9 described above, and the following configuration is different. . That is, the
本実施例では前記図1〜図6等で示したボール状の突起電極は形成していなく、従って、モジュールの小型化、薄型化に優れる。図示しないが、ランド電極7の表面にCr/Cu/Au等のバリア層を形成してもよい。搭載基板3は、主に、リジット基板(コア基板)8と、このリジット基板8の互いに向かい合う両面上にビルドアップ法によって形成された柔軟層9,10と、この柔軟層9,10を覆うようにして形成された保護膜11,12とを有する構成になっている。リジット基板8及び柔軟層9,10は、詳細に図示していないが、例えば多層配線構造になっている。リジット基板8の各絶縁層は、例えばガラス繊維にエポキシ系若しくはポリイミド系の樹脂を含浸させた高弾性樹脂基板で形成され、柔軟層9,10の各絶縁層は、例えばエポキシ系の低弾性樹脂で形成されている。
In this embodiment, the ball-shaped protruding electrodes shown in FIGS. 1 to 6 and the like are not formed. Therefore, the module is excellent in miniaturization and thinning. Although not shown, a barrier layer such as Cr / Cu / Au may be formed on the surface of the
上記リジット基板8及び柔軟層9,10で形成される多層配線の各配線層は、例えば銅(Cu)からなる金属膜で形成されている。保護膜11及び12は、例えばポリイミド系の樹脂で形成されている。保護膜11は、主に柔軟層9の最上層の配線層に形成された配線を保護する目的で形成され、半導体チップ5に対しては実装時における接着用樹脂との接着力の確保や実装時の半田濡れ広がりを制御する。保護膜12は、主に柔軟層10の最上層の配線層に形成された配線を保護する目的で形成され、ランド電極7に対しては半田実装時の半田濡れ広がりを制御する。
Each wiring layer of the multilayer wiring formed by the
半導体チップ5は、これに限定されないが、主に、半導体基板と、この半導体基板の一主面に形成された複数の半導体素子と、前記半導体基板の一主面上において絶縁層、配線層の夫々を複数段積み重ねた多層配線層と、この多層配線層を覆うようにして形成された表面保護膜(最終保護膜)とを有する構成になっている。半導体基板は例えば単結晶シリコンで形成され、絶縁層は例えば酸化シリコン膜で形成され、配線層は例えばアルミニウム(Al)又はアルミニウム合金等の金属膜で形成されている。表面保護膜は例えば酸化シリコン又は窒化シリコン等の絶縁膜及び有機絶縁膜で形成されている。
Although not limited to this, the
半導体チップ5の互いに対向する一主面及び他の主面(裏面)のうちの一主面には、複数の電極パッド13が形成されている。複数の電極パッド13は、半導体チップ5の多層配線層のうちの最上層の配線層に形成され、半導体チップ5の表面保護膜に形成されたボンディング開口によって露出されている。複数の電極パッド13は、半導体チップ5の各辺に沿って配列されている。複数の電極パッド13の夫々の平面形状は例えば70[μm]×70[μm]の四角形状で形成されている。また、複数の電極パッド13の夫々は例えば85[μm]程度の配列ピッチで配置されている。
A plurality of
半導体チップ3の一主面には、突起状電極として例えば金(Au)からなるスタッドバンプ1が配置されている。複数のスタッドバンプ1は半導体チップ5の一主面に配置された複数の電極パッド13上に夫々配置され、電気的にかつ機械的に接続されている。スタッドバンプ1は、例えば、Auワイヤを使用し、熱圧着に超音波振動を併用したボールボンディング法によって形成されている。ボールボンディング法は、Auワイヤの先端部にボールを形成し、その後、超音波振動を与えながらチップの電極パッドにボールを熱圧着し、その後、ボールの部分からAuワイヤを切断してバンプを形成する方法である。従って、電極パッド上に形成されたスタッドバンプは、電極パッドに対して強固に接続されている。
On one main surface of the semiconductor chip 3, a
以下、上記マルチチップモジュールMCMの搭載基板上に前記ASIC等の半導体チップを面付けする場合の製造について、図13乃至図15を用いて説明する。図13乃至図15は、マルチチップモジュールMCMの製造を説明するための要部断面図である。図13に示すように、搭載基板3の一主面のチップ実装領域に配置された接続部4上に、例えばディスペンス法でペースト状の接合材2を供給する。接合材2としては、半田ペースト材を用いる。半田ペースト材としては、少なくとも微少な半田粒子とフラックスとを混練した半田ペースト材を用いる。本実施形態では、例えば300℃程度の融点を有する98[wt%]Pb(鉛)−2[wt%]Sn(錫)組成の半田粒子を混練した半田ペースト材を用いた。ディスペンス法とは、半田ペースト材を細いノズルから突出させて塗布する方法である。
Hereinafter, manufacturing when the semiconductor chip such as the ASIC is mounted on the mounting substrate of the multichip module MCM will be described with reference to FIGS. 13 to 15 are principal part cross-sectional views for explaining the manufacture of the multichip module MCM. As shown in FIG. 13, the paste-
次に、図14に示すように、搭載基板3をヒートステージ14上に配置し、その後、接続部4上にスタッドバンプ1が位置するようにチップ実装領域上に半導体チップ5をコレット15で搬送し、その後、搭載基板3をヒートステージ14で加熱し、かつ半導体チップ5をコレット15で加熱して、図15に示すように接合材2を溶融し、その後、溶融した接合材2を凝固させる。これにより、搭載基板3の一主面のチップ実装領域に半導体チップ3が実装される。
Next, as shown in FIG. 14, the mounting substrate 3 is placed on the
そして、前記図10に示すように、搭載基板3の一主面のチップ実装領域と半導体チップ5との間にアンダーフィル樹脂6を充填する。この後、前記図1〜図6に示したMCMと同様に、半導体チップ5上に、その裏面同士が向かい合いようにSDRAMを積層し、その後、SDRAMの電極パッドと搭載基板3の接続部4をボンディングワイヤで接続し、更にFLASH200を積層し、ボンディングワイヤで接続する。最後に上記4個の半導体チップSAIC,SDRAM,FLASH及び前記ボンディングワイヤを樹脂で封止することによりマルチチップモジュールMCMがほぼ完成する。
Then, as shown in FIG. 10, the
LGA型MCMをPCBに実装する場合は、例えば、予めPCB側の接続用電極に印刷等で半田層を形成しておき、LGA型MCMの裏面に形成されたランド電極を上記PCB側の接続用電極に位置合わせを行い、その後、半田リフローを行うことにより、上記半田層によって両者の接続が行われる。また、LGA型MCMのランド電極に予め印刷等で半田層を薄く形成しておいてもよい。 When mounting the LGA type MCM on the PCB, for example, a solder layer is previously formed on the PCB side connection electrode by printing or the like, and the land electrode formed on the back surface of the LGA type MCM is used for the PCB side connection. By aligning the electrodes and then performing solder reflow, the solder layers are connected to each other. Further, a thin solder layer may be formed in advance on the land electrode of the LGA type MCM by printing or the like.
以上本発明者によってなされた発明を、前記実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。例えば、2つのSDRAMを上部に設けてもよい。つまり、ASICとFLASHを下側に積層してもよい。また、図9の実施例において、スペーサ400をFLASH200に置き換えてもよい。例えば、上記FLASH200の電極が方形のチップの1つの辺に集まって形成されている場合、その部分にSDRAMが搭載されないように積層構造にすればよい。ただし、SDRAMとFLASHのチップのサイズが上記のような関係を満足する必要がある。
Although the invention made by the inventor has been specifically described based on the above embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. For example, two SDRAMs may be provided on the top. That is, ASIC and FLASH may be laminated on the lower side. In the embodiment of FIG. 9, the
この発明は、マルチチップモジュールを構成する半導体装置に広く利用できる。 The present invention can be widely used for semiconductor devices constituting a multichip module.
100…搭載基板、101…電極、200…FLASH、201…Auバンプ、300,301…SDRAM、302,304…ダイボンドフィルム、303,305…ワイヤ、400…スペーサ、401…ダイボンドフィルム、500…ASIC、501…ターミナルチップ、501’…スペーサ、502,503…ダイボンドフィルム504,505…ワイヤ、600…樹脂封止体、700…ボール、
CPU…中央処理装置、DSP…データシグナルプロセッサDSP、XYMEM…メモリ、XYCNT…メモリコントローラ、CACHE…キュッシュメモリ、CCN…キャッシュメモリコントローラ、MMU…メモリマネージメントコントローラ、TLB…トランスレーションルックアサイドバッファ、INTC…割り込みコントローラ、CPG/WDT…クロック発振器/ウォッチドッグタイマ、VIO…ビデオI/Oモジュール、UBC…ユーザーブレークコントローラ、AUD…アドバンストユーザーデバッガ、TMU…タイマユニット、CMT…コンペアマッチタイマ、SIOF0…シリアルI/O(FIFO付き)、SCIF1…FIFO内蔵シリアルコミュニケーションインターフェイス、I2 C…I2 Cコントローラ、MFI…多機能インターフェイス、FLCTL…NAND/ANDフラッシュインターフェイス、H−UDI…ユーザーデバックインターフェイス、ASERAM…ASEメモリ、PFC…メモリピンファンクションコントローラ、RWDT…RCLK動作ウォッチドッグタイマ、BSC…バスステートコントローラ、DMAC…ダイレクトメモリアクセスコントローラ。
1…Auスタッドバンプ、2…接合材、3…搭載基板、4…接続部、5…半導体チップ、6…アンダーフィル樹脂、7…ランド電極、8…リジット基板、9,10…柔軟層、11,12…保護膜、13…電極パッド、14…ヒートステージ。
DESCRIPTION OF
CPU ... Central processing unit, DSP ... Data signal processor DSP, XYMEM ... Memory, XYCNT ... Memory controller, CACHE ... Cush memory, CCN ... Cache memory controller, MMU ... Memory management controller, TLB ... Translation lookaside buffer, INTC ... Interrupt Controller, CPG / WDT ... Clock oscillator / Watchdog timer, VIO ... Video I / O module, UBC ... User break controller, AUD ... Advanced user debugger, TMU ... Timer unit, CMT ... Compare match timer, SIOF0 ... Serial I / O (with FIFO), SCIF1 ... FIFO built-in serial communication interface, I 2 C ... I 2 C controller, MF ... Multifunctional interface, FLCTL ... NAND / AND flash interface, H-UDI ... User debug interface, ASERAM ... ASE memory, PFC ... Memory pin function controller, RWDT ... RCLK operation watchdog timer, BSC ... Bus state controller, DMAC ... Direct Memory access controller.
DESCRIPTION OF
Claims (5)
第1主面、前記第1主面に形成された複数の第1パッド、及び前記第1主面とは反対側の第1裏面を有する第1チップを最上層とし、前記搭載基板の前記表面上に搭載された積層構造からなる複数チップと、
第2主面、前記第2主面に形成された複数の第2パッド、及び前記第2主面とは反対側の第2裏面を有し、前記第2裏面が前記第1チップと対向するように、前記第1チップ上に搭載された第2チップと、
第3主面、前記第3主面に形成された複数の第3パッド、及び前記第3主面とは反対側の第3裏面を有し、前記第2チップの隣に、前記第3裏面が前記第1チップと対向するように、前記第1チップ上に搭載された第3チップと、
前記第1チップを含む複数チップ、第2チップ、第3チップを封止する樹脂封止体と、
前記搭載基板の前記裏面に形成された複数の外部端子と、
を含み、
前記第1チップの前記第1主面の平面形状は、第1辺と、前記第1辺と対向する第2辺とを有する矩形状から成り、
前記第2チップの大きさは、前記第1チップの大きさよりも小さく、
前記第2チップは、前記第3チップよりも前記第1チップの前記第1辺側に寄せて配置され、
前記第3チップは、前記第2チップよりも前記第1チップの前記第2辺側に寄せて配置され、
前記搭載基板の前記複数の電極は、前記第1チップの前記第1辺側に形成された第1電極と、前記第1チップの前記第2辺側に形成された第2電極とを有しており、
前記第2チップの前記複数の第2パッドは、前記第1チップの前記第1辺側に配置された第1辺側パッドと、前記第1チップの前記第2辺側に配置された第2辺側パッドとを有しており、
前記第2チップの前記第1辺側パッドは、前記第3チップを介さずに、かつ第1ワイヤを介して前記搭載基板の前記第1電極と電気的に接続されており、
前記第2チップの前記第2辺側パッドは、第2ワイヤ及び前記第3チップを介して前記搭載基板の前記第2電極と電気的に接続されていることを特徴とするマルチチップモジュール。 A mounting substrate having a surface, a plurality of electrodes formed on the surface, and a back surface opposite to the surface;
First main surface, said plurality of first pads formed on the first main surface, and the first chip to have a first back surface opposite the top layer from the first major surface, wherein said mounting substrate A plurality of chips having a laminated structure mounted on the surface;
A second main surface, a plurality of second pads formed on the second main surface, and a second back surface opposite to the second main surface, wherein the second back surface faces the first chip. A second chip mounted on the first chip,
A third main surface, a plurality of third pads formed on the third main surface, and a third back surface opposite to the third main surface; and the third back surface adjacent to the second chip. A third chip mounted on the first chip so as to face the first chip;
A plurality of chips including the first chip, a second chip , a resin sealing body for sealing the third chip;
A plurality of external terminals formed on the back surface of the mounting substrate;
Including
The planar shape of the first main surface of the first chip consists of a rectangular shape having a first side and a second side opposite to the first side,
The size of the second chip is smaller than the size of the first chip,
The second chip is arranged closer to the first side of the first chip than the third chip,
The third chip is arranged closer to the second side of the first chip than the second chip,
The plurality of electrodes of the mounting substrate include a first electrode formed on the first side of the first chip and a second electrode formed on the second side of the first chip. And
The plurality of second pads of the second chip include a first side pad disposed on the first side of the first chip and a second side disposed on the second side of the first chip. A side pad,
The first side pad of the second chip is electrically connected to the first electrode of the mounting substrate via the first wire without passing through the third chip ,
The multi-chip module, wherein the second side pad of the second chip is electrically connected to the second electrode of the mounting substrate via a second wire and the third chip.
前記第1チップは、前記第1裏面が前記搭載基板の前記表面と対向するように、前記搭載基盤の前記表面上に搭載されており、
前記第1チップの前記複数の第1パッドは、前記搭載基板の前記複数の電極と複数の第3ワイヤを介してそれぞれ電気的に接続されていることを特徴とするマルチチップモジュール。 In claim 1,
The first chip is mounted on the front surface of the mounting base so that the first back surface faces the front surface of the mounting substrate.
The multi-chip module, wherein the plurality of first pads of the first chip are electrically connected to the plurality of electrodes of the mounting substrate via a plurality of third wires, respectively.
前記第1チップは、メモリチップであり、
前記第2チップは、前記第1チップを制御するマイコンチップであることを特徴とするマルチチップモジュール。 In claim 1,
The first chip is a memory chip;
The multi-chip module, wherein the second chip is a microcomputer chip that controls the first chip.
前記第3チップは、ターミナルチップであることを特徴とするマルチチップモジュール。 In claim 3,
The multichip module, wherein the third chip is a terminal chip.
前記第3チップの大きさは、前記第1チップの大きさよりも小さいことを特徴とするマルチチップモジュール。 In claim 1,
The size of the third chip is smaller than the size of the first chip.
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