JP5220438B2 - 半導体装置パッケージ積層体 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体装置パッケージを複数段積層した、半導体装置パッケージ積層体に関する。
近年、携帯情報機器の小型化および軽量化に伴い、半導体装置の高密度実装化が必要とされている。この要求に応えるべく、半導体装置には、CSP(Chip Size Package)およびBGA(Ball Grid Array)などの高密度実装が可能な半導体装置パッケージが用いられている。
半導体装置の高密度化を図るための技術として、半導体装置パッケージを積層することにより高密度化およびシステム化を図ったPOP(Package On Package)構造の半導体装置が、例えば特許文献1に開示されている。
図9は、POP構造の半導体装置100の一実施形態を示す断面図である。
図9に示すように、下段半導体装置パッケージ121(以下、下段パッケージ121と記載する)には、上段半導体装置パッケージ125(以下、上段パッケージ125と記載する)を搭載するために、回路基板107上に積層用ランド103が配設されている必要がある。下段パッケージ121の積層用ランド103と、上段パッケージ125の接続用バンプ104とが接続されることにより、下段パッケージ121と上段パッケージ125とが電気的に接続される。なお、下段パッケージ121には、例えば、一つの半導体素子109がフリップチップ接続により回路基板107に搭載されている。
図10は、図9に示すPOP構造の半導体装置における下段パッケージ121の平面図であり、下段パッケージ121における半導体素子109の搭載位置と積層用ランド103の配設位置との位置関係を示している。
図10に示すように、下段パッケージ121は、回路基板107の中央に、一つの半導体素子109が搭載されており、その外側に、半導体素子109を包囲するように積層用ランド103が配設されている。
また、半導体装置の高密度化を図るための別の技術として、複数の半導体素子が回路基板に搭載されている半導体装置が、例えば特許文献2に開示されている。
特開平4−280695号公報(平成4年10月6日公開) 特開2005−116762号公報(平成17年4月28日公開)
しかしながら、さらなる高密度化を追求するために、下段パッケージに複数の半導体素子を回路基板に搭載する場合には、以下の問題が発生する。
図11(a)は、2つの半導体素子109を回路基板107に搭載した下段パッケージ122を示す平面図であり、図11(b)は図11(a)の下段パッケージ122の断面図である。
図11(a)および(b)に示すように、2つの半導体素子109が並んで回路基板107に搭載されているMCM(Multi Chip Module)構造をとる場合には、2つの半導体素子109の間には、積層用ランド103が形成されていない領域105が生じる。下段パッケージ122が図11(b)に示す構造である場合に、領域105における回路基板107の機械的強度が低いと、落下試験などにおいて領域105にたわみが生じる。領域105にたわみが生じると、図12に示すように、半導体装置パッケージと半田接続部との破断106を引き起こし、電気的な接続が取れなくなる。とくに、回路基板107を薄くした場合、およびパッケージサイズが大きい場合には、上記問題は深刻である。
また、複数の半導体素子が搭載されている半導体装置パッケージが積層されているため、発熱量が増大する。発熱量が増大すると、半導体素子が熱暴走に陥り、半導体装置が破壊される危険性がある。
そこで、本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、半導体装置パッケージの放熱に優れた半導体装置パッケージ積層体を提供することにある。
本発明の半導体装置パッケージ積層体は、上記課題を解決するために、第1回路基板の一方の面に1つの第1半導体素子を有した第1半導体装置パッケージと、第2回路基板の一方の面に該第1半導体素子とは異なる第2半導体素子を有した第2半導体装置パッケージとを備えており、上記第2半導体装置パッケージの上記第2回路基板に上記第1の半導体装置パッケージを積層している半導体装置パッケージ積層体であって、上記第1回路基板の上記一方の面と反対側の面には、上記第1回路基板の上記一方の面と直交する方向への投影において、上記第1半導体素子の配設位置と互いに重なり合う位置に、第1半導体素子と電気的に接続されている外部接続端子が配設されており、上記第2回路基板の上記第1回路基板と対向する側の面には、上記第1回路基板の上記一方の面と直交する方向への投影において、上記第1半導体素子の配設位置と互いに重なり合う位置であって、かつ上記第2半導体素子とは互いに重なり合わない位置に、上記接続端子に接続されているランドが配設されており、上記第2半導体装置パッケージには、上記一方の面に複数の第2半導体素子が設けられており、上記ランドは、上記複数の第2半導体素子のうちの、互いに隣り合う2つの第2半導体素子に挟まれる素子間領域、および上記第2回路基板の外周部に設けられており、上記第2回路基板の、上記第1回路基板と対向している側の面と反対側の面に外部接続端子を有しており、上記素子間領域に設けられている上記ランドと、上記第2半導体装置パッケージに設けられている外部接続端子とが、パッドオンビア構造によって接続されていることを特徴とする。
また、本発明の半導体装置パッケージ積層体は、上記課題を解決するために、第1回路基板の一方の面に複数の第1半導体素子を有した第1半導体装置パッケージと、第2回路基板の一方の面に該複数の第1半導体素子とは異なる第2半導体素子を有した第2半導体装置パッケージとを備えており、上記第2半導体装置パッケージの上記第2回路基板に上記第1の半導体装置パッケージを積層している半導体装置パッケージ積層体であって、上記第1回路基板の上記一方の面と反対側の面には、上記第1回路基板の上記一方の面と直交する方向への投影において、上記複数の第1半導体素子のうちの、少なくとも1つの上記第1半導体素子の配設位置と互いに重なり合う位置に、上記第1半導体素子と電気的に接続されている外部接続端子が配設されており、上記第2回路基板の上記第1回路基板と対向する側の面には、上記第1回路基板の上記一方の面と直交する方向への投影において、上記少なくとも1つの第1半導体素子の配設位置と互いに重なり合う位置であって、かつ上記第2半導体素子とは互いに重なり合わない位置に、上記外部接続端子が接続されているランドが配設されており、上記第2半導体装置パッケージには、上記一方の面に複数の第2半導体素子が設けられており、上記ランドは、上記複数の第2半導体素子のうちの、互いに隣り合う2つの第2半導体素子に挟まれる素子間領域、および上記第2回路基板の外周部に設けられており、上記第2回路基板の、上記第1回路基板と対向している側の面と反対側の面に外部接続端子を有しており、上記素子間領域に設けられている上記ランドと、上記第2半導体装置パッケージに設けられている外部接続端子とが、パッドオンビア構造によって接続されていることを特徴とする。
なお、ここで、互いに隣り合うとは、その間に、他の半導体素子が介在していないことである。
また、ここで、素子間領域とは、素子が設けられている側の面のみならず、素子が設けられていない側の面において、対応する領域も含むものである。すなわち、第2回路基板の一方の面と直交する方向への投影において、互いに隣り合う2つの第2半導体素子に挟まれる領域と重なり合う、素子が設けられていない側の面の領域も含むものである。
上記構成によれば、本発明の半導体装置パッケージ積層体は、回路基板上の一方の面に半導体素子が設けられており、もう一方の面に複数の外部接続端子が設けられている半導体装置パッケージが複数積層されて構成されている。第1半導体装置パッケージは、第1半導体装置パッケージの外部接続端子と、第2半導体装置パッケージに設けられているランドとを介して、第2半導体装置パッケージに積層されている。外部接続端子は第1半導体素子と電気的に接続されている。回路基板の一方の面と直交する方向への投影において、外部接続端子の配設位置は、第1半導体装置パッケージに設けられている第1半導体素子の配設位置と重なっている。すなわち、回路基板を挟んで第1半導体素子と対向する位置に外部接続端子が設けられている。したがって、第1半導体素子において発生した熱の放熱経路が、第1半導体素子の近傍に設けられていることになる。そのため、第1半導体素子の放熱を効率よく行うことができる。それにより、第1半導体素子の熱暴走を抑え、半導体素子が破壊されることを防ぐことができる。そして、第2半導体装置パッケージには複数の第2半導体素子が設けられている。そのために、さらなる高密度化を達成する半導体装置パッケージ積層体を提供できる。
また、複数の半導体素子のうち、互いに隣り合う2つの第2半導体素子の間の領域の回路基板上にランドが設けられている。外部接続端子がこのランドと接続することによって、第1半導体装置パッケージと第2半導体装置パッケージとが接続されている。また、回路基板の外周部にランドが設けられているため、さらに、外周部においても外部接続端子を設けることが可能となる。そのため、第1半導体装置パッケージの熱を放熱する経路を、外周部に位置する外部接続端子を介する経路、および互いに隣り合う2つの半導体素子間に位置する外部接続端子を介する経路と、複数構築することが可能となる。したがって、第1半導体装置パッケージの放熱をより効果的に行うことができる。
また、互いに隣り合う2つの第2半導体素子の間において、第1半導体装置パッケージと第2半導体装置パッケージとが、第1外部接続端子によって接続されている。そのためこの素子間領域において、第2半導体装置パッケージの回路基板がたわむことを防ぐことができる。したがって、他の領域に配置されている第1外部接続端子と回路基板との接続部破断が生じることを防ぐことが可能となり、電気的な接続不良を抑制することができる。
また、上記構成によれば、素子間領域に位置する外部接続端子を経由して、第1半導体装置パッケージから第2半導体装置パッケージに伝わった熱を、パッドオンビア構造を経由させて、第2外部接続端子に移動させることができる。これにより、第1半導体素子において発生した熱を効率よく、第1半導体装置パッケージおよび第2半導体装置パッケージ以外に移動させることができる。したがって、放熱効果がより向上した半導体装置パッケージ積層体を提供することができる。
また、本発明の半導体装置パッケージ積層体は、上記課題を解決するために、第1回路基板の一方の面に1つの第1半導体素子を有した第1半導体装置パッケージと、第2回路基板の一方の面に該第1半導体素子とは異なる第2半導体素子を有した第2半導体装置パッケージとを備えており、上記第2半導体装置パッケージの上記第2回路基板に上記第1の半導体装置パッケージを積層している半導体装置パッケージ積層体であって、上記第1回路基板の上記一方の面と反対側の面には、上記第1回路基板の上記一方の面と直交する方向への投影において、上記第1半導体素子の配設位置と互いに重なり合う位置に、第1半導体素子と電気的に接続されている外部接続端子が配設されており、上記第2回路基板の上記第1回路基板と対向する側の面には、上記第1回路基板の上記一方の面と直交する方向への投影において、上記第1半導体素子の配設位置と互いに重なり合う位置であって、かつ上記第2半導体素子とは互いに重なり合わない位置に、上記接続端子に接続されているランドが配設されており、上記第2半導体装置パッケージには、上記一方の面に複数の第2半導体素子が設けられており、上記ランドは、上記複数の第2半導体素子のうちの、互いに隣り合う2つの第2半導体素子に挟まれる素子間領域、および上記第2回路基板の外周部に設けられており、上記一方の面と直交する方向への投影において、上記第1回路基板に設けられている上記外部接続端子の配設位置は、上記第1半導体素子の配設位置の中央であることを特徴とする。
また、本発明の半導体装置パッケージ積層体は、上記課題を解決するために、第1回路基板の一方の面に複数の第1半導体素子を有した第1半導体装置パッケージと、第2回路基板の一方の面に該複数の第1半導体素子とは異なる第2半導体素子を有した第2半導体装置パッケージとを備えており、上記第2半導体装置パッケージの上記第2回路基板に上記第1の半導体装置パッケージを積層している半導体装置パッケージ積層体であって、上記第1回路基板の上記一方の面と反対側の面には、上記第1回路基板の上記一方の面と直交する方向への投影において、上記複数の第1半導体素子のうちの、少なくとも1つの上記第1半導体素子の配設位置と互いに重なり合う位置に、上記第1半導体素子と電気的に接続されている外部接続端子が配設されており、上記第2回路基板の上記第1回路基板と対向する側の面には、上記第1回路基板の上記一方の面と直交する方向への投影において、上記少なくとも1つの第1半導体素子の配設位置と互いに重なり合う位置であって、かつ上記第2半導体素子とは互いに重なり合わない位置に、上記外部接続端子が接続されているランドが配設されており、上記第2半導体装置パッケージには、上記一方の面に複数の第2半導体素子が設けられており、上記ランドは、上記複数の第2半導体素子のうちの、互いに隣り合う2つの第2半導体素子に挟まれる素子間領域、および上記第2回路基板の外周部に設けられており、上記一方の面と直交する方向への投影において、上記第1回路基板に設けられている上記外部接続端子の配設位置は、上記第1半導体素子の配設位置の中央であることを特徴とする。
なお、ここで、中央とは、完全な中央の場合のほかに、完全な中央の場合に奏する効果と同等の効果を奏することができれば、実質的に中央である場合も含むこととする。
上記構成によれば、本発明の半導体装置パッケージ積層体は、回路基板上の一方の面に半導体素子が設けられており、もう一方の面に複数の外部接続端子が設けられている半導体装置パッケージが複数積層されて構成されている。第1半導体装置パッケージは、第1半導体装置パッケージの外部接続端子と、第2半導体装置パッケージに設けられているランドとを介して、第2半導体装置パッケージに積層されている。外部接続端子は第1半導体素子と電気的に接続されている。回路基板の一方の面と直交する方向への投影において、外部接続端子の配設位置は、第1半導体装置パッケージに設けられている第1半導体素子の配設位置と重なっている。すなわち、回路基板を挟んで第1半導体素子と対向する位置に外部接続端子が設けられている。したがって、第1半導体素子において発生した熱の放熱経路が、第1半導体素子の近傍に設けられていることになる。そのため、第1半導体素子の放熱を効率よく行うことができる。それにより、第1半導体素子の熱暴走を抑え、半導体素子が破壊されることを防ぐことができる。そして、第2半導体装置パッケージには複数の第2半導体素子が設けられている。そのために、さらなる高密度化を達成する半導体装置パッケージ積層体を提供できる。
また、複数の半導体素子のうち、互いに隣り合う2つの第2半導体素子の間の領域の回路基板上にランドが設けられている。外部接続端子がこのランドと接続することによって、第1半導体装置パッケージと第2半導体装置パッケージとが接続されている。また、回路基板の外周部にランドが設けられているため、さらに、外周部においても外部接続端子を設けることが可能となる。そのため、第1半導体装置パッケージの熱を放熱する経路を、外周部に位置する外部接続端子を介する経路、および互いに隣り合う2つの半導体素子間に位置する外部接続端子を介する経路と、複数構築することが可能となる。したがって、第1半導体装置パッケージの放熱をより効果的に行うことができる。
また、互いに隣り合う2つの第2半導体素子の間において、第1半導体装置パッケージと第2半導体装置パッケージとが、第1外部接続端子によって接続されている。そのためこの素子間領域において、第2半導体装置パッケージの回路基板がたわむことを防ぐことができる。したがって、他の領域に配置されている第1外部接続端子と回路基板との接続部破断が生じることを防ぐことが可能となり、電気的な接続不良を抑制することができる。
また、上記構成によれば、第1半導体素子において発生した熱をさらに効率よく、第1外部接続端子に伝えることができるため、放熱効果がより向上した半導体装置パッケージ積層体を提供することができる。
さらに、本発明の半導体装置パッケージ積層体においては、上記素子間領域に設けられた上記ランドは、上記第2回路基板の中央に形成されていることが好ましい。
なお、ここで、中央とは、完全な中央の場合のほかに、完全な中央の場合に奏する効果と同等の効果を奏することができれば、実質的に中央である場合も含むこととする。
上記構成によれば、回路基板の中央において、第1半導体装置パッケージと第2半導体装置パッケージとを、外部接続端子により接続することができる。これにより、半導体装置パッケージの機械強度を増大させることができる。
さらに、本発明の半導体装置パッケージ積層体においては、上記素子間領域に設けられた上記ランドは、上記素子間領域の中央に形成されていることが好ましい。
なお、ここで、中央とは、完全な中央の場合のほかに、完全な中央の場合に奏する効果と同等の効果を奏することができれば、実質的に中央である場合も含むこととする。
上記構成によれば、素子間領域の中央において、第1半導体装置パッケージと第2半導体装置パッケージとを、外部接続端子により接続することができる。このため、素子間領域において発生し得る回路基板のたわみをより効果的に防ぐことができる。したがって、第1半導体装置パッケージと第2半導体装置パッケージとの電気的な接続不良をより効果的に抑制することができる。
以上のように、本発明に係る半導体装置パッケージ積層体は、第1半導体装置パッケージが、第2半導体装置パッケージ上に外部接続端子を介して積層されており、外部接続端子が、回路基板を挟んで、第1半導体装置パッケージに設けられた半導体素子と対向する位置に、設けられている。そのため、第1半導体素子で発生した熱を効率よく放熱させることができる。これにより、半導体素子の熱暴走の発生が抑えられた積層半導体装置パッケージ積層体を提供することができる。そして、第2半導体装置パッケージには複数の第2半導体素子が設けられている。そのために、さらなる高密度化を達成する半導体装置パッケージ積層体を提供できる。さらに、本発明に係る半導体装置パッケージ積層体は、第2半導体装置パッケージは、第2回路基板の、第1回路基板と対向している側の面と反対側の面に外部接続端子を有しており、素子間領域に設けられているランドと、第2半導体装置パッケージに設けられている外部接続端子とが、パッドオンビア構造によって接続されている。したがって、放熱効果がより向上した半導体装置パッケージ積層体を提供することができる。
また、以上のように、本発明に係る半導体装置パッケージ積層体は、第1半導体装置パッケージが、第2半導体装置パッケージ上に外部接続端子を介して積層されており、外部接続端子が、回路基板を挟んで、第1半導体装置パッケージに設けられた半導体素子と対向する位置に、設けられている。そのため、第1半導体素子で発生した熱を効率よく放熱させることができる。これにより、半導体素子の熱暴走の発生が抑えられた積層半導体装置パッケージ積層体を提供することができる。そして、第2半導体装置パッケージには複数の第2半導体素子が設けられている。そのために、さらなる高密度化を達成する半導体装置パッケージ積層体を提供できる。さらに、本発明に係る半導体装置パッケージ積層体は、一方の面と直交する方向への投影において、第1回路基板に設けられている外部接続端子の配設位置は、第1半導体素子の配設位置の中央である。これにより、第1半導体素子において発生した熱をさらに効率よく、第1外部接続端子に伝えることができるため、放熱効果がより向上した半導体装置パッケージ積層体を提供することができる。
〔実施の形態1〕
本発明に係る半導体装置パッケージ積層体の一実施形態について、図1〜図7に基づいて説明すれば以下の通りである。
図1は、本発明に係る半導体装置パッケージ積層体の断面図であり、図2は、図1の半導体装置パッケージ積層体の下段に位置する半導体装置パッケージの平面図である。
図1および図2に示すように、半導体装置パッケージ積層体20は、回路基板7(第2回路基板)と互いに隣り合う2つの半導体素子9(第2半導体素子)と熱伝導性を有する半田ボール4(外部接続端子)とを含む下段半導体装置パッケージ21(第2半導体装置パッケージ)と、回路基板7(第1回路基板)と半導体素子10(第1半導体素子)と半田ボール4(外部接続端子)とを含む上段半導体装置パッケージ26(第1半導体装置パッケージ)と、を含んで構成されている。
半導体素子9は、回路基板7の一方の面にフリップチップ方式で並んで設けられている。また、半導体素子10は、回路基板7にワイヤボンディング方式で設けられており、封止樹脂11内に封止されている。
上段半導体装置パッケージ26および下段半導体装置パッケージ21の、それぞれの回路基板7には、積層用ランド3(ランド)が設けられている。下段半導体装置パッケージ21の回路基板7において、半導体素子9が設けられている側の面には、2つの半導体素子9の外側の領域、および2つの半導体素子に挟まれた領域5に、積層用ランド3が形成されている。
上段半導体装置パッケージ26は、半田ボール4を介して、半導体素子9が設けられている面と対向するように、下段半導体装置パッケージ21に積層されている。下段半導体装置パッケージ21と上段半導体装置パッケージ26とに挟まれている半田ボール4は、各パッケージの積層用ランド3を介して、それぞれの基板7に接続されている。以上のようにして半導体装置パッケージ積層体20はPOP構造となっている。なお、図1において、半導体装置パッケージ積層体20は、実装基板12に搭載されている。
下段半導体装置パッケージ21と上段半導体装置パッケージ26とに挟まれている半田ボール4のうちの6つが、2つの半導体素子9に挟まれた領域5に位置している。なお、領域5に位置する半田ボール4は、少なくとも1つあればよい。また領域5に位置する半田ボール4の配設位置は、回路基板7の一方の面と直交する方向への投影において、半導体素子10の配設位置と重なっている。すなわち、領域5に位置する半田ボール4は、上段半導体装置パッケージ26の回路基板7を挟んで半導体素子10と対向する位置(以下、素子対向位置と記載する)に配設されている。同様に、領域5に位置する積層用ランド3の配設位置は、回路基板7の一方の面と直交する方向への投影において、半導体素子10の配設位置と重なっている。
これにより、半導体素子10において発生した熱は、素子対向位置に配設されている半田ボール4に移動することができる。また、半田ボール4は、熱伝導性を有しているため、熱を効率よく移動させることができる。そのため、半田ボール4が、素子対向位置に設けられていない場合に比べ、半導体素子10の発熱を効率よく放熱することが可能となる。これにより、半導体素子10が熱暴走を起こして半導体素子10が破壊されることを防ぐことができる。
また、回路基板7の面と直交する方向の投影において、半田ボール4の配設位置は、半導体素子10の配設位置のほぼ中央に位置していることがより好ましい。すなわち、半田ボール4は、素子対向位置のほぼ中央に配設されていることがより好ましい。半田ボール4が、素子対向位置のほぼ中央に設けられている場合には、半田ボール4を介しての、半導体素子10の放熱の効率が向上する。それにより、半導体素子10の熱暴走をさらに防ぐことができる。
また、半田ボール4が、2つの半導体素子9に挟まれた領域5に位置しておらず、回路基板7の外周部にのみ設けられている場合には、放熱の経路が外周部に限られてしまう。上段半導体装置パッケージ26における発熱量が大きい場合には、放熱経路が限られていると、熱暴走に陥り、半導体素子10が破壊される危険性がある。したがって、下段半導体装置パッケージ21に複数の半導体素子が設けられている場合には、互いに隣接する半導体素子同士の間に、半田ボール4を設けることが好ましい。これにより、放熱経路を、回路基板7の外周部以外にも設けられ、半導体素子10の熱暴走をさらに防ぐことができる。
半田ボール4が、2つの半導体素子9に挟まれた領域5に位置しておらず、回路基板7の外周部にのみ設けられている場合には、さらに、下段半導体装置パッケージ21が領域5においてたわむ問題が生じ得る。下段半導体装置パッケージ21が領域5においてたわみが生じると、外周部に設けられた半田ボールに破断が生じやすくなり、接続不良を引き起こす。
なお、2つの半導体素子9に挟まれる領域5に形成する積層用ランド3の数および配置は、図2に示した積層用ランド3に限定されず、例えば、図5に示すように変形することも可能である。
図5は、下段半導体装置パッケージの別の形態を表す平面図である。図5に示すように、領域5内のほぼ中央であり、下段半導体装置パッケージ24の回路基板7のほぼ中央に、積層用ランド3を形成することができる。それにより、回路基板7のほぼ中央において、上段半導体装置パッケージ26と下段半導体装置パッケージ21とを、半田ボール4によって接続することが可能となる。それにより、機械的強度が増加し、領域5におけるたわみが生じることを防ぐことができる。したがって、接続不良の発生を抑えることができる。
さらに、上段半導体装置パッケージ26の放熱経路を回路基板7の外周部以外にも確保でき、半導体素子10の熱暴走をさらに抑えることができる。
また、下段半導体装置パッケージ22に設ける半導体素子9の数および配置は、図2に示した半導体素子9の数および配置に限定されず、例えば、図3に示すように変形することも可能である。
図3は、下段半導体装置パッケージのさらに別の形態を表す平面図である。図3に示すように、下段半導体装置パッケージ22に設けられている半導体素子9の数は、3つ以上、例えば4つ、であってもよい。下段半導体装置パッケージ22に半導体素子を3つ以上設ける場合には、回路基板7のほぼ中央には設けず、ほぼ中央には積層用ランド3が形成されていることが好ましい。
また、図1に示すように、下段半導体装置パッケージ21は、半導体素子9が設けられている面の領域5における積層用ランド3と、反対側の面に設けられている半田ボール用ランドとが、スルーホールビアでつながる構造、すなわちパッドオンビア構造8を形成しており、当該反対の面において半田ボール4が接続されていることが好ましい。半導体装置パッケージ積層体20においては、下段半導体装置パッケージ21のパッドオンビアに接続された、上記反対の面の半田ボール4は、実装基板12と接続している。パッドオンビアにより、上段半導体装置パッケージ26から伝わった熱を効率よく、下段半導体装置パッケージ21の当該反対側の面に設けられている半田ボール4に伝えることができる。パッドオンビアにより伝えられた熱は、実装基板12に伝えられる。そのため、半導体素子10の放熱が効率よく行われ、熱暴走による半導体素子10の破壊を防止することができる。また、パッドオンビア構造は、Cuフィルドビアであることが好ましい。Cuフィルドビアである場合には、回路基板7自体の強度が増すので、たわみをさらに防ぐことができる。すなわち、下段半導体装置パッケージ21の機械強度が増大する。そのため、半田ボール4の破断のおそれを低下させることができる。
下段半導体装置パッケージ21における、半導体素子9の回路基板7への接続は、フリップチップ方式に限定されず、図4に示すようにワイヤボンディングにより接続することも可能である。
図4は、半導体素子9がワイヤボンディング接続されている下段半導体装置パッケージ23の形態を表す平面図である。図4に示すように、各半導体素子9がワイヤボンディングにより回路基板7に接続されており、個別に封止されている。この場合には、この封止体に挟まれる領域に、積層用ランド3が形成されている。
〔実施の形態2〕
本発明に係る半導体装置パッケージ積層体の他の実施形態について、図6に基づいて説明すれば以下の通りである。なお、説明の便宜上、前述の実施の形態で用いたものと同じ機能を有する部材には同じ参照符号を付して、その説明を省略する。
図6(a)は、半導体装置パッケージ積層体の上段半導体装置パッケージ27および下段半導体装置パッケージ25の構成ならびに位置関係を示す分解斜視図である。図6(b)は、下段半導体装置パッケージ25の平面図である。図6(c)は、図6(b)のAA’断面線における半導体装置パッケージ積層体の断面図である。
図6に示すように、上段半導体装置パッケージ27には、2つの半導体素子10が、回路基板の一方の面上に並んで設けられている。2つの半導体素子10の一方は、フリップチップ方式によって回路基板に接続されており、他方の半導体素子10は、ワイヤボンディング方式によって、回路基板に接続されている。
上段半導体装置パッケージ27における2つの素子対向位置のそれぞれのほぼ中央に、半田ボール4がそれぞれ配置されている。また、下段半導体装置パッケージ25の回路基板7の、当該半田ボール4と重なる位置に積層用ランド3が設けられている。これにより、2つの半導体素子10における放熱経路が半導体素子10の近傍に確保される。上段半導体装置パッケージ25が複数の半導体素子10を搭載していると、発熱量が大きくなり、熱暴走による破壊の危険性が増大する。しかし、本発明に係る半導体装置パッケージ積層体によれば、上段半導体装置パッケージ25が複数の半導体素子10のそれぞれに放熱経路が確保されているために、半導体素子の熱暴走を防ぐことができる。
なお、本実施形態においては、半導体素子10のそれぞれについて、素子対向位置に半田ボール4が配設されており、また、当該半田ボール4に対応する位置の下段半導体装置パッケージ25に積層用ランド3が設けられているが、これに限定されるものではない。例えば、上段半導体装置パッケージに複数の半導体素子が搭載されている場合に、最も発熱量の多い半導体素子にのみ、その素子対向位置に半田ボール4を配設するものであってもよい。
下段半導体装置パッケージ25に3以上の半導体素子9が設けられている場合には、少なくとも、互いに隣り合ういずれか2つの半導体素子9に挟まれた領域に、積層用ランド3が設けられていればよい。
また、図6(c)に示すように、上段半導体装置パッケージ27の回路基板7には、回路基板7の一方の面と直交する方向への投影において、半導体素子10と重なる位置(以下、素子重畳位置と記載する)の、半導体素子が設けられている面にランドが設けられており、反対側の面に半田ボール用ランドが設けられており、それぞれのランドが、スルーホールビアでつながる構造、すなわちパッドオンビア構造8を形成していることが好ましい。また、当該パッドオンビアにおいて半田ボール4が接続されていることが好ましい。パッドオンビア8により、半導体素子10から生じる熱を効率よく、反対側の面に設けられている半田ボール4に伝えることができる。すなわち、効率よく放熱ができる。したがって、熱暴走による半導体素子10の破壊を防止することができる。
なお、本実施形態においては、一方の半導体素子10にのみ、その素子重畳位置にパッドオンビア8が形成されているが、全ての半導体素子10のそれぞれについて、その素子重畳位置にパッドオンビア8を形成してもよい。この場合には、上段半導体装置パッケージ27の放熱効果をより向上させることができる。
〔実施の形態3〕
本発明に係る半導体装置パッケージ積層体の他の実施形態について、図8(a)および(b)に基づいて説明すれば以下の通りである。なお、なお、本実施形態では、前記実施の形態1との相違点について説明するため、説明の便宜上、実施の形態1において説明した部材と同一の機能を有する部材には同一の部材番号を付し、その説明を省略する。
図8(a)は、半導体装置パッケージ積層体30の構成を示す断面図である。
図8(a)に示すように、上段半導体装置パッケージ26は下段半導体装置パッケージ29に、半田ボール4を介して積層されている。しかし、実施の形態1に示した半導体装置パッケージ積層体20と異なり、半導体装置パッケージ積層体30においては、上段半導体装置パッケージ26の半導体素子10が設けられていない側の面と、下段半導体装置パッケージ29の半導体素子9が設けられていない側の面とが対向している。したがって、下段半導体装置パッケージ29においては、回路基板7の半導体素子9が設けられている側の面と反対側の面に積層用ランド3が設けられている。上段半導体装置パッケージ26の回路基板7には、回路基板7の一方の面と直交する方向への投影において、半導体素子10の配設位置と互いに重なり合う位置に、半田ボール4が配設されている。この半田ボール4は、上記方向への投影において半導体素子10の配設位置と互いに重なり合う位置であって、かつ半導体素子9とは互いに重なり合わない位置に設けられている積層用ランド3に接続されている。
また、半導体素子10は、回路基板7にフリップチップ方式で設けられている。また、上段半導体装置パッケージ26の回路基板7には、回路基板7の一方の面と直交する方向への投影において、半導体素子10の素子重畳位置の、半導体素子が設けられている面にランドが設けられており、反対側の面に半田ボール用ランドが設けられており、パッドオンビア構造8を形成している。
図8(b)は、半導体装置パッケージ積層体31の構成を示す断面図である。
図8(b)に示すように、半導体装置パッケージ積層体31は、半導体装置パッケージ積層体30と同様に、上段半導体装置パッケージ28の半導体素子10が設けられていない側の面と、下段半導体装置パッケージ29の半導体素子9が設けられていない側の面とが対向している。したがって、下段半導体装置パッケージ29においては、回路基板7の半導体素子9が設けられている側の面と反対側の面に積層用ランド3が設けられている。
また、半導体装置パッケージ積層体31は半導体装置パッケージ30と異なり、上段半導体装置パッケージ28が、半田ペースト32を介して下段半導体装置パッケージ29に積層されている。すなわち、半導体装置パッケージ30における、上段半導体装置パッケージ26と下段半導体装置パッケージ29とに挟まれている半田ボール4が、半田ペースト32に置き換わっている構造となっている。半田ペースト32は、各パッケージの積層用ランド3を介して、それぞれの基板7に接続されている。
〔実施の形態4〕
本発明に係る半導体装置パッケージ積層体の他の実施形態について、図7に基づいて説明すれば以下の通りである。なお、説明の便宜上、前述の実施の形態で用いたものと同じ機能を有する部材には同じ参照符号を付して、その説明を省略する。
図7は、半導体装置パッケージ積層体の断面図である。
図7に示すように、半導体装置パッケージ積層体は、4つの半導体装置パッケージを積層して構成されている。
最下段の半導体装置パッケージは、図5に示すような、回路基板のほぼ中央に積層用ランド3が形成されている半導体装置パッケージであり、この領域において、その上段の半導体装置パッケージの半田ボール4が接続されている。また、当該積層用ランド3は、半導体素子が形成されていない側の面に設けられている半田ボール4とパッドオンビアによってつながっている。この最下段の半導体装置パッケージは、当該半田ボール4を介して実装基板12に搭載されている。
この上段の半導体装置パッケージ(下から2段目の半導体装置パッケージ)は、図3に示す、4つの半導体素子が搭載された半導体装置パッケージが積層されており、さらにその上段(下から3段目の半導体装置パッケージ)は、図1に示す、2つの半導体素子9が搭載されている半導体装置パッケージが積層されている。最上段には、ワイヤボンディング方式によって回路基板に接続された半導体素子10が、封止樹脂11によって覆われた半導体装置パッケージが積層されている。
各半導体装置パッケージ間の接続は、回路基板の外周部に設けられた積層用ランド3およびこの外周部の積層用ランド3上に接続される半田ボール4を用いるのみに限られない。例えば、下から1段目の半導体装置パッケージとその上段の半導体装置パッケージとの接続には、回路基板のほぼ中央に配設された4つの積層用ランド3およびこの4つの積層用ランド3のそれぞれに接続している半田ボール4を用いている。また、下から2段目の半導体装置パッケージとその上段の半導体装置パッケージとの接続には、半導体素子に挟まれている10の積層用ランド3およびこれらの積層用ランド3のそれぞれに接続している半田ボール4を用いている。
以上のように、半導体装置パッケージを多数積層しても、外周部以外の接続部を有することにより、各半導体装置パッケージの熱暴走および各半導体装置パッケージ間の半田接続破断を防止することができる。したがって、積層構造を有する半導体装置パッケージの電気的な接続不良、および熱暴走による半導体素子の破壊を防止することができる。上記の全ての積層間の接続は、外周部以外の積層用ランド3を有しているが、これに限定されるわけではなく、各積層間の接続に任意に用いることができる。
なお、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲において種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
なお、本発明の固体撮像装置は、以下の点を特徴点としていると換言することも可能である。
(第1の構成)回路基板と、少なくとも2つ以上の複数の半導体素子を有する、半導体装置パッケージであって、前記半導体素子を搭載する回路基板面(第1面)に、第2の半導体装置パッケージを搭載するための積層用ランドを有し、前記積層用ランドは、前記回路基板の外周部に配設され、さらに、前記外周部以外で、上記搭載された複数の半導体素子に挟まれる領域に配設された積層用ランドを有し、前記半導体素子に挟まれる領域に配設された積層用ランドの位置が、第2の半導体装置パッケージに搭載される複数の半導体素子のうち、少なくとも1つの半導体素子の位置に重なるよう配設され、回路基板の第1面の裏側の面(第2面)に、前記半導体装置に電気的につながった外部端子を有することを特徴とする半導体装置パッケージ。
(第2の構成)複数の半導体装置パッケージを積層して構成する、積層型パッケージの構造において、第1の構成に示す半導体装置パッケージを相対的に下段の半導体装置パッケージとし、該下段パッケージの第1面に配設され、外周部および、略中央または半導体素子に挟まれる領域に配設された積層用ランドに、相対的に上段の半導体装置パッケージの外部端子を搭載することで積層する構造を、少なくとも1つ以上含むことを特徴とする半導体装置パッケージの積層構造。
本発明によれば、小型化、軽量化、および安定化が達成された高密度実装半導体装置パッケージを提供することができる。そのため、携帯端末、携帯電話、デジタルカメラなどの小型機器に適用可能である。
本発明の一実施形態における半導体装置パッケージ積層体の構成を示す断面図である。 本発明の一実施形態における半導体装置パッケージ積層体の下段半導体装置パッケージの構成を示す平面図である。 本発明の他の実施形態における半導体装置パッケージ積層体の下段半導体装置パッケージの構成を示す平面図である。 本発明の他の実施形態における半導体装置パッケージ積層体の下段半導体装置パッケージの構成を示す断面図である。 本発明の他の実施形態における半導体装置パッケージ積層体の下段半導体装置パッケージの構成を示す平面図である。 (a)は、本発明の他の実施形態における半導体装置パッケージ積層体の上段半導体装置パッケージおよび下段半導体装置パッケージの構成ならびに位置関係を示す分解斜視図であり、(b)は、(a)の半導体装置パッケージ積層体の下段半導体装置パッケージの構成を示す平面図であり、(c)は、半導体装置パッケージ積層体の断面図である。 本発明の他の実施形態における半導体装置パッケージ積層体の構成を示す断面図である。 (a)および(b)は、本発明の他の実施形態における半導体装置パッケージ積層体の構成を示す断面図である。 従来技術におけるPOP構造の半導体装置パッケージの構成を示す断面図である。 図9に示す従来技術の半導体装置パッケージにおける下段半導体装置パッケージの構成を示す平面図である。 (a)は、POP構造の半導体装置パッケージの下段半導体装置パッケージに、半導体素子を複数搭載するときの構成を示す平面図であり、(b)は、(a)の下段半導体装置パッケージの断面図である。 図11の下段半導体装置パッケージを含むPOP構造の半導体装置パッケージの課題を示す断面図である。
3 積層用ランド(ランド)
4 半田ボール(外部接続端子)
5 領域
7 回路基板(第1回路基板、第2回路基板)
8 パッドオンビア
9 半導体素子(第2半導体素子)
10 半導体素子(第1半導体素子)
11 封止樹脂
12 実装基板
20、30、31 半導体装置パッケージ積層体
21〜25、29 下段半導体装置パッケージ(第2半導体装置パッケージ)
26〜28 上段半導体装置パッケージ(第1半導体装置パッケージ)
32 半田ペースト(外部接続端子)
100 POP構造半導体装置パッケージ
103 積層用ランド
104 接続用バンプ
105 領域
106 半田接続部破断
109 半導体素子
112 実装基板
121、122 下段半導体装置パッケージ

Claims (6)

  1. 第1回路基板の一方の面に1つの第1半導体素子を有した第1半導体装置パッケージと、第2回路基板の一方の面に該第1半導体素子とは異なる第2半導体素子を有した第2半導体装置パッケージとを備えており、上記第2半導体装置パッケージの上記第2回路基板に上記第1の半導体装置パッケージを積層している半導体装置パッケージ積層体であって、
    上記第1回路基板の上記一方の面と反対側の面には、上記第1回路基板の上記一方の面と直交する方向への投影において、上記第1半導体素子の配設位置と互いに重なり合う位置に、第1半導体素子と電気的に接続されている外部接続端子が配設されており、
    上記第2回路基板の上記第1回路基板と対向する側の面には、上記第1回路基板の上記一方の面と直交する方向への投影において、上記第1半導体素子の配設位置と互いに重なり合う位置であって、かつ上記第2半導体素子とは互いに重なり合わない位置に、上記外部接続端子と接続されているランドが配設されており、
    上記第2半導体装置パッケージには、上記一方の面に複数の第2半導体素子が設けられており、
    上記ランドは、上記複数の第2半導体素子のうちの、互いに隣り合う2つの第2半導体素子に挟まれる素子間領域、および上記第2回路基板の外周部に設けられており、
    上記第2半導体装置パッケージは、上記第2回路基板の、上記第1回路基板と対向している側の面と反対側の面に外部接続端子を有しており、上記素子間領域に設けられている上記ランドと、上記第2半導体装置パッケージに設けられている外部接続端子とが、パッドオンビア構造によって接続されていることを特徴とする、半導体装置パッケージ積層体。
  2. 第1回路基板の一方の面に複数の第1半導体素子を有した第1半導体装置パッケージと、第2回路基板の一方の面に該複数の第1半導体素子とは異なる第2半導体素子を有した第2半導体装置パッケージとを備えており、上記第2半導体装置パッケージの上記第2回路基板に上記第1の半導体装置パッケージを積層している半導体装置パッケージ積層体であって、
    上記第1回路基板の上記一方の面と反対側の面には、上記第1回路基板の上記一方の面と直交する方向への投影において、上記複数の第1半導体素子のうちの、少なくとも1つの上記第1半導体素子の配設位置と互いに重なり合う位置に、上記第1半導体素子と電気的に接続されている外部接続端子が配設されており、
    上記第2回路基板の上記第1回路基板と対向する側の面には、上記第1回路基板の上記一方の面と直交する方向への投影において、上記少なくとも1つの第1半導体素子の配設位置と互いに重なり合う位置であって、かつ上記第2半導体素子とは互いに重なり合わない位置に、上記外部接続端子と接続されているランドが配設されており、
    上記第2半導体装置パッケージには、上記一方の面に複数の第2半導体素子が設けられており、
    上記ランドは、上記複数の第2半導体素子のうちの、互いに隣り合う2つの第2半導体素子に挟まれる素子間領域、および上記第2回路基板の外周部に設けられており、
    上記第2半導体装置パッケージは、上記第2回路基板の、上記第1回路基板と対向している側の面と反対側の面に外部接続端子を有しており、上記素子間領域に設けられている上記ランドと、上記第2半導体装置パッケージに設けられている外部接続端子とが、パッドオンビア構造によって接続されていることを特徴とする、半導体装置パッケージ積層体。
  3. 第1回路基板の一方の面に1つの第1半導体素子を有した第1半導体装置パッケージと、第2回路基板の一方の面に該第1半導体素子とは異なる第2半導体素子を有した第2半導体装置パッケージとを備えており、上記第2半導体装置パッケージの上記第2回路基板に上記第1の半導体装置パッケージを積層している半導体装置パッケージ積層体であって、
    上記第1回路基板の上記一方の面と反対側の面には、上記第1回路基板の上記一方の面と直交する方向への投影において、上記第1半導体素子の配設位置と互いに重なり合う位置に、第1半導体素子と電気的に接続されている外部接続端子が配設されており、
    上記第2回路基板の上記第1回路基板と対向する側の面には、上記第1回路基板の上記一方の面と直交する方向への投影において、上記第1半導体素子の配設位置と互いに重なり合う位置であって、かつ上記第2半導体素子とは互いに重なり合わない位置に、上記外部接続端子と接続されているランドが配設されており、
    上記第2半導体装置パッケージには、上記一方の面に複数の第2半導体素子が設けられており、
    上記ランドは、上記複数の第2半導体素子のうちの、互いに隣り合う2つの第2半導体素子に挟まれる素子間領域、および上記第2回路基板の外周部に設けられており、
    上記一方の面と直交する方向への投影において、上記第1回路基板に設けられている上記外部接続端子の配設位置は、上記第1半導体素子の配設位置の中央であることを特徴とする、半導体装置パッケージ積層体。
  4. 第1回路基板の一方の面に複数の第1半導体素子を有した第1半導体装置パッケージと、第2回路基板の一方の面に該複数の第1半導体素子とは異なる第2半導体素子を有した第2半導体装置パッケージとを備えており、上記第2半導体装置パッケージの上記第2回路基板に上記第1の半導体装置パッケージを積層している半導体装置パッケージ積層体であって、
    上記第1回路基板の上記一方の面と反対側の面には、上記第1回路基板の上記一方の面と直交する方向への投影において、上記複数の第1半導体素子のうちの、少なくとも1つの上記第1半導体素子の配設位置と互いに重なり合う位置に、上記第1半導体素子と電気的に接続されている外部接続端子が配設されており、
    上記第2回路基板の上記第1回路基板と対向する側の面には、上記第1回路基板の上記一方の面と直交する方向への投影において、上記少なくとも1つの第1半導体素子の配設位置と互いに重なり合う位置であって、かつ上記第2半導体素子とは互いに重なり合わない位置に、上記外部接続端子と接続されているランドが配設されており、
    上記第2半導体装置パッケージには、上記一方の面に複数の第2半導体素子が設けられており、
    上記ランドは、上記複数の第2半導体素子のうちの、互いに隣り合う2つの第2半導体素子に挟まれる素子間領域、および上記第2回路基板の外周部に設けられており、
    上記一方の面と直交する方向への投影において、上記第1回路基板に設けられている上記外部接続端子の配設位置は、上記第1半導体素子の配設位置の中央であることを特徴とする、半導体装置パッケージ積層体。
  5. 上記素子間領域に設けられた上記ランドは、上記第2回路基板の中央に形成されていることを特徴とする請求項1から4までのいずれか1項に記載の半導体装置パッケージ積層体。
  6. 上記素子間領域に設けられた上記ランドは、上記素子間領域の中央に形成されていることを特徴とする請求項1からまでのいずれか1項に記載の半導体装置パッケージ積層体。
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