JP7424914B2 - 半導体装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。

特許文献１には、「端面に実装用端子を備えるパッケージ素子を複数枚積層した後、それぞれのパッケージ素子を導電材料により接着して製造するＱＦＮ半導体パッケージの製造方法」が記載されている。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］ 特開２０００－１３３７４４号公報

本発明の第１の態様においては、第１金属部と、少なくとも一部において第１金属部と表面上の高さの異なる第１有機材料部と、を有する第１半導体パッケージと、第２金属部と、少なくとも一部において第２金属部と表面上の高さの異なる第２有機材料部と、を有し、第１半導体パッケージの上方に積層される、第２半導体パッケージとを備える半導体装置を提供する。第１金属部および第２金属部が電気的に接続されてよい。

第１有機材料部の最上面および第１金属部の最上面の高さの差は、１００μｍ以上であってよい。

第１有機材料部は、第１金属部より表面上の高さが低くてよい。

第１有機材料部は、部材を内部に封止する封止樹脂であってよい。第１有機材料部および第１金属部の高さの差は、部材のうち表面上の高さが最も高い部分と、第１金属部との高さの差の１／２未満であってよい。

第１有機材料部は、本体部と、本体部と第１金属部との間に設けられ、本体部より表面上の高さの低い溝部とを有してよい。

溝部は、１００μｍ以上の幅を有してよい。

第１半導体パッケージは、複数の第１金属部を備えてよい。溝部の幅は、第１半導体パッケージの表面上における、複数の第１金属部の間の距離のうち最小の距離の１／２未満であってよい。

第１有機材料部は、第１金属部より表面上の高さが高くてよい。

第１有機材料部は、第１半導体ダイを内部に封止する封止樹脂であってよい。
第１有機材料部および第１金属部の高さの差は、第１有機材料部の高さの１／２未満であってよい。

第１有機材料部は、本体部と、本体部と第１金属部との間に設けられ、本体部より表面上の高さの低い溝部とを有してよい。

溝部は、１００μｍ以上の幅を有してよい。

溝部は、第１半導体パッケージの上面視における第１金属部の短手方向の幅の１０％未満の幅を有してよい。

溝部は、第１半導体パッケージの上面視における第１金属部の長手方向の幅の５％未満の幅を有してよい。

第１金属部と第２金属部との間に塗布された導電材を備えてよい。第１金属部および第２金属部は、導電材を介して電気的に接続されてよい。

第１半導体パッケージまたは第２半導体パッケージのうち少なくとも１つは、赤外線センサを有してよい。

本発明の第１の態様においては、第１金属部と、少なくとも一部において第１金属部と表面上の高さの異なる第１有機材料部と、を有する第１半導体パッケージを提供する段階と、第２金属部と、少なくとも一部において前記第２金属部と表面上の高さの異なる第２有機材料部と、を有し、前記第１半導体パッケージの上方に積層される、第２半導体パッケージを提供する段階とを備える半導体装置の製造方法を提供する。第１金属部および第２金属部が電気的に接続されてよい。

第１半導体パッケージを提供する段階は、犠牲材料の上面に第１金属部を提供する段階と、犠牲材料の上面に第１半導体ダイを提供する段階と、第１金属部と第１半導体ダイとを電気的に接続する段階と、第１半導体ダイを１有機材料部の内部に封止する段階とを有してよい。

第１半導体パッケージを提供する段階は、封止する段階の後に、第１有機材料部をエッチングして、第１有機材料部の上面に溝部を形成する段階を有してよい。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

第１半導体パッケージ１０と第２半導体パッケージ２０とが分解状態における斜視図を示す。 第１半導体パッケージ１０の構造の一例を示す。 第２半導体パッケージ２０の構造の一例を示す。 積層された第１半導体パッケージ１０および第２半導体パッケージ２０の一例を示す。 第１半導体パッケージ１０と第２半導体パッケージ２０の積層方法の一例を示す。 第１半導体パッケージ１０と第２半導体パッケージ２０の積層方法の一例を示す。 第１半導体パッケージ１０と第２半導体パッケージ２０の積層方法の一例を示す。 第１半導体パッケージ１０と第２半導体パッケージ２０の積層方法の一例を示す。 第１半導体パッケージ１０の断面図の一例を示す。 溝部１８を備える半導体装置１００の一例を示す。 他の実施形態に係る半導体装置１００の一例である。 図５Ａの半導体装置１００の断面図の一例である。 他の実施形態に係る半導体装置１００の一例である。 図６Ａの半導体装置１００の断面図の一例である。 他の実施形態に係る半導体装置１００の一例である。 図７Ａの半導体装置１００の断面図の一例である。 他の実施形態に係る半導体装置１００の一例である。 図８Ａの半導体装置１００の断面図の一例である。 他の実施形態に係る半導体装置１００の一例である。 図９Ａの半導体装置１００の断面図の一例である。 他の実施形態に係る半導体装置１００の一例である。 図１０Ａの半導体装置１００の断面図の一例である。 第３半導体パッケージ３０を備える半導体装置１００の一例を示す。 半導体モジュール２００の構成の一例を示す。 半導体モジュール２００の断面図の一例を示す。 半導体装置１００の製造プロセスの一例を示す。 半導体装置１００の製造プロセスの一例を示す。 半導体装置１００の製造プロセスの一例を示す。 半導体装置１００の製造プロセスの一例を示す。 半導体装置１００の製造プロセスの一例を示す。 半導体装置１００の製造プロセスの一例を示す。 半導体装置１００の製造プロセスの一例を示す。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１Ａは、第１半導体パッケージ１０と第２半導体パッケージ２０とが分解状態における斜視図を示す。半導体装置１００は、ＩＲ（赤外線；Ｉｎｆｒａｒｅｄ）センサ、加速度センサ、角速度センサ、慣性系センサ、歪みセンサ、温度センサ、またはガスセンサ等の半導体パッケージを含むＱＦＮ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｎｏｎ－ｌｅａｄｅｄ ｐａｃｋａｇｅ）パッケージ等の積層型の半導体パッケージを備える。

半導体装置１００は、第１半導体パッケージ１０と、第２半導体パッケージ２０とを備える。第１半導体パッケージ１０および第２半導体パッケージ２０のうちの少なくとも１つは、機能性部品を含んでよい。一例として、第１半導体パッケージ１０または第２半導体パッケージ２０のうち少なくとも１つは、赤外線センサを含む。また、第１半導体パッケージ１０および第２半導体パッケージ２０は、両面端子構造を有する。

第２半導体パッケージ２０は、第１半導体パッケージ１０の表面のうちの１つの上面に積層される。本明細書においては、第２半導体パッケージ２０が第１半導体パッケージ１０に対し積層される方向を上方と称する。

第１半導体パッケージ１０は、第１有機材料部１２と、第１金属部１４と、後述の第１半導体ダイ１６とを有する。第２半導体パッケージ２０は、第２有機材料部２２と、第２金属部２４と、第２半導体ダイ２６を有する。一例として、第１半導体パッケージ１０は、特定用途向けＩＣパッケージ（ＡＳＩＣパッケージ）であり、第２半導体パッケージ２０は、ＩＲセンサパッケージである。

一例として、第１有機材料部１２は、第１半導体ダイ１６を封止する封止樹脂である。第１有機材料部１２は、エポキシ等の熱可塑性樹脂であってよい。第１有機材料部１２は、第１金属部１４より表面上の高さが高くてよく、低くてもよい。第１有機材料部１２は、１×１０^１１Ω・ｃｍ以上の体積抵抗率を有する樹脂材料であってよい。

第１金属部１４は、第１半導体パッケージ１０の表面上の少なくとも一部において、第１有機材料部１２と表面上の高さが異なる。一例として、第１金属部１４は、第１有機材料部１２の中に埋め込まれる、第１半導体ダイ１６と電気的に接続される。一例として、第１金属部１４は、両面端子構造を有するリードフレームであってよい。

第２有機材料部２２は、第２半導体ダイ２６を封止する封止樹脂であってよい。第１有機材料部１２と同様、第２有機材料部２２もエポキシ等の熱可塑性樹脂であってよい。ただし、第２有機材料部２２の材料は、絶縁性を有していればよく、第１有機材料部１２と同一の材料に限定されない。第２有機材料部２２は、第２金属部２４より表面上の高さが高くてよく、低くてもよい。

第２金属部２４は、第２半導体パッケージ２０の表面上の少なくとも一部において、第２有機材料部２２と表面上の高さが異なる。第２金属部２４は、第２有機材料部２２の中に埋め込まれる第２半導体ダイ２６と電気的に接続される。本例の第２金属部２４は、第２半導体ダイ２６とワイヤボンディングにより接続される。ただし、第２金属部２４と第２半導体ダイ２６との電気的接続は、導電性トレース等の別の接続手段を介して行われてもよい。

本例では、第１半導体パッケージ１０と第２半導体パッケージ２０とが積層される場合、第１金属部１４と第２金属部２４との表面上の位置が位置合わせされる。第１金属部１４は、第２金属部２４と電気的に接続される。一例として、第１金属部１４と第２金属部２４との電気的接続は、後述のはんだ５２を介して行われる。

本例の第２半導体ダイ２６は、第２半導体パッケージの上面に露出している。ただし、第２半導体ダイ２６は、全面が第２有機材料部２２に封止されていてもよい。一例として、第２半導体ダイ２６は、ＩＲセンサ素子を含む。

図１Ｂは、第１半導体パッケージ１０の構造の一例を示す。本例では、第１半導体パッケージ１０の上面図、側面図および下面図を示している。

第１半導体パッケージ１０は、ＩＣパッケージであってよい。第１金属部１４は、ＩＣパッケージの有する種々の端子であってよい。第１金属部１４は、第１半導体パッケージ１０に複数設けられてよい。本例の第１金属部１４は、ＣＡＤ０、ＣＡＤ１、ＤＶＤＤ、ＩＮＴ、ＮＣ、ＳＣＬ、ＳＤＡ、ＶＤＤ、およびＶＳＳ等の種々の実装端子を有する。本例の第１金属部１４における、ＮＣ端子は、第２半導体パッケージ２０のＰ電極およびＮ電極に接続される。

本例の第１半導体ダイ１６に対し、ＶＳＳ端子を構成する第１金属部１４が延伸し、接続されている。本例の第１半導体ダイ１６は、第１半導体パッケージ１０の上面に露出している。ただし、第１半導体ダイ１６の配置は、上面に露出する形態に限定されない。

図１Ｃは、第２半導体パッケージ２０の構造の一例を示す。本例では、第１半導体パッケージ１０の上面図、側面図および下面図を示している。

本例の第２半導体パッケージ２０は、ＩＲセンサ素子のパッケージである。ただし、第２半導体パッケージ２０の用途は、ＩＲセンサに限定されず、他のセンサ素子等の機能性素子であってよい。

本例の第２金属部２４は、ＩＲセンサのＰ型電極およびＮ型電極である。Ｐ型電極およびＮ型電極は、第２半導体ダイ２６のセンサ素子を介して電気的に接続される。一例として、Ｐ型電極およびＮ型電極のそれぞれは、第２半導体ダイ２６に対して、ワイヤボンディングにより電気的に接続される。ただし、電気的接続手段は、ワイヤボンディングに限定されず、導電性トレース等を介して電気的に接続されてもよい。また、本例の第２金属部２４は、第２半導体パッケージ２０が第１半導体パッケージ１０に積層された場合、第２半導体パッケージ２０の下面において、第１金属部１４に接続される。

本例の第２半導体ダイ２６は、第２半導体パッケージ２０の上面において露出する。ただし、第２半導体ダイ２６は、第２半導体パッケージ２０の下面に露出してもよく、第２有機材料部２２に封止されていてもよい。第２半導体ダイ２６の上方に、さらなる光学部材を有していてもよい。

図１Ｄは、積層された第１半導体パッケージ１０および第２半導体パッケージ２０の一例を示す。第１半導体パッケージ１０の下面図と、積層された第１半導体パッケージ１０および第２半導体パッケージ２０の側面図と、第２半導体パッケージ２０の上面図とが示される。

図２Ａは、第１半導体パッケージ１０と第２半導体パッケージ２０の積層方法の一例を示す。本例では、第１半導体パッケージ１０が凸状の第１金属部１４を有し、第２半導体パッケージ２０が凸状の第２金属部２４を有する。

第１金属部１４が凸状であるとは、第１半導体パッケージ１０の表面において、第１金属部１４が第１有機材料部１２より表面高さが高く、第１有機材料部１２に対し隆起した構造を有することを指す。同様に、第２金属部２４が凸状であるとは、第２半導体パッケージ２０の表面において、第２金属部２４が第２有機材料部２２より表面高さが高く、第２有機材料部２２に対し隆起した構造を有することを指す。

本例では、はんだ５２は、第１金属部１４の上面に設けられる。はんだ５２は、第１金属部１４と第２金属部２４とを電気的に接続する。第１金属部１４および第２金属部２４の構造を共に凸状に設ける場合、はんだ５２は、第１金属部１４または第２金属部２４の上面に表面張力によりとどまる。すなわち、はんだ５２は、第１金属部１４および第２金属部２４との間に塗布されてよい。本例のはんだ５２は、鉛フリーはんだであるが、鉛およびスズなどの合金であってもよく、導電材であればこれらに限定されない。

本例においては、側面電極を介することなく、第１金属部１４および第２金属部２４が、はんだ５２を介して積層面において直接的に接続される。これにより、積層基板の側面に筒状の凹部を設けて電気的接続を施し、ショート防止のための保護層を設ける技術と異なり、保護層を設けなくとも接続が可能であり、パッケージ全体への剛性を提供しやすくなり、パッケージ製造時の工数削減と小型化とが容易となる。

図２Ｂは、第１半導体パッケージ１０と第２半導体パッケージ２０の積層方法の一例を示す。本例では、第１半導体パッケージ１０が凹状の第１金属部１４を有し、第２半導体パッケージ２０が凹状の第２金属部２４を有する。

第１金属部１４が凹状であるとは、第１半導体パッケージ１０の表面において、第１金属部１４が第１有機材料部１２より表面上の高さが低く、第１有機材料部１２に対し陥没した構造を有することを指す。同様に、第２金属部２４が凹状であるとは、第２半導体パッケージ２０の表面において、第２金属部２４が第２有機材料部２２より表面上の高さが低く、第２有機材料部２２に対し陥没した構造を有することを指す。

本例においても、はんだ５２は、第１金属部１４の上面に設けられる。本例のはんだ５２は、第１有機材料部１２に設けられた陥凹内に設けられてよい。従って、本例のはんだ５２は、第１有機材料部１２の陥凹内から流れ出すことが防止される。これにより、本例のはんだ５２は、周囲を第１有機材料部１２で取り囲まれる。第１有機材料部１２を絶縁性の高い材料で設けることにより、はんだ５２と他の部材との間の高い絶縁性を提供できる。

図２Ｃは、第１半導体パッケージ１０と第２半導体パッケージ２０の積層方法の一例を示す。本例では、第１半導体パッケージ１０が凸状の第１金属部１４を有し、第２半導体パッケージ２０が凹状の第２金属部２４を有する。

本例では、凸状の第１金属部１４に対し、第２金属部２４が相補的に凹形の形状を有する。本例では、凸状の第１金属部１４は、第２有機材料部２２の陥凹に入りこむ。これにより、第１金属部１４が、第２金属部２４に対し、固定されやすくなり、第１金属部１４と第２金属部２４の接続信頼性が向上する。

また、第２有機材料部２２の陥凹からはんだ５２が流れ出しづらくなり、はんだ量をへらすことができる。さらに、第１金属部１４を第２金属部２４へと接着しやすくなる。また、第１金属部１４と第２金属部２４との接着強度が向上し、電気的接続の信頼性も向上する。

図２Ｄは、第１半導体パッケージ１０と第２半導体パッケージ２０の積層方法の一例を示す。本例では、第１半導体パッケージ１０が凹状の第１金属部１４を有し、第２半導体パッケージ２０が凸状の第２金属部２４を有する。

本例では、凹状の第１金属部１４は、第２金属部２４が相補的に凸状の形状を有する。本例では、凸状の第２金属部２４は、第１有機材料部１２の陥凹に入りこむ。これにより、第２金属部２４が、第１金属部１４に対し固定されやすくなり、第１金属部１４と第２金属部２４との間の接続信頼性が向上する。

また、第１有機材料部１２の陥凹からはんだ５２が流れ出しづらくなり、はんだ量をへらすことができる。さらに、第１金属部１４を第２金属部２４へと接着しやすくなる。また、第１金属部１４と第２金属部２４との接着強度が向上し、電気的接続の信頼性も向上する。

図３は、第１半導体パッケージ１０の断面図の一例を示す。本例の第１半導体パッケージ１０は、２つの第１金属部１４の間に第１半導体ダイ１６を内部に埋め込む封止材料である第１有機材料部１２を有する。

本例の第１有機材料部１２は、表面上の高さＨ_Ｏを有し、第１金属部１４は、表面上の高さＨ_Ｍを有する。この場合、第１有機材料部１２および第１金属部１４の間の高さの差Ｄ_Ｈは、Ｄ_Ｈ＝｜Ｈ_Ｏ―Ｈ_Ｍ｜で与えられる。

本例の高さの差Ｄ_Ｈは、１００μｍ以上であってよい。この場合、第１有機材料部１２を設計しやすくなり、内部の部材の十分な封止が与えられる。

本例の第１金属部１４と、第１半導体ダイ１６は、ワイヤボンディングにより電気的に接続される。本例において、第１有機材料部１２中に封止される部材のうち、表面上の高さが最も高い部材は、ワイヤボンディングのワイヤの最高部となる。第１有機材料部１２中に封止される部材のうち最も高い部材の表面上の高さを高さＨ_Ｈとする。

第１有機材料部１２の表面上の高さが第１金属部１４より低い場合、第１金属部１４の表面上の高さＨ_Ｍと、第１有機材料部１２中に封止される部材のうち最も高い部材の高さＨ_Ｈとの高さの差は、Ｄ１＝Ｈ_Ｍ―Ｈ_Ｈで与えられる。第１有機材料部１２および第１金属部１４の間の高さの差Ｄ_Ｈは、第１金属部１４の表面上の高さＨ_Ｍと、第１有機材料部１２中に封止される部材のうち最も高い部材の高さＨ_Ｈとの高さの差は、Ｄ１に対し、Ｄ１の１／２未満（Ｄ_Ｈ＜（１／２）×Ｄ１）であってよい。この場合、第１有機材料部１２中に部材を十分に封止でき、水または塵等が第１有機材料部１２中に混入しづらくできる。

第１有機材料部１２の表面上の高さが第１金属部１４より高い場合、高さの差Ｄ_Ｈは、樹脂の高さＨ_Ｏの１／２未満（Ｄ_Ｈ＜（１／２）×Ｈ_Ｏ）であってよい。この場合、第１有機材料部１２中に部材を十分に封止でき、水または塵等が第１有機材料部１２中に混入しづらくできる。

図４は、溝部１８を備える半導体装置１００の一例を示す。第１半導体パッケージ１０の下面と、第２半導体パッケージ２０の上面とが示される。

第２半導体パッケージ２０は、第１半導体パッケージ１０の上方に積層される。第１金属部１４および第２金属部２４は、第１金属部１４の上面に設けられたはんだ５２のペーストを介して電気的に接続される。

本例の第１金属部１４は、上面視において四辺形の形状を有する。ただし、第１金属部１４の形状は四辺形に限定されるものではない。第１金属部１４が上面視において四辺形の形状を有する場合、第１半導体パッケージ１０の表面上において、第１金属部１４の短辺のうちの一辺が第１半導体パッケージ１０の一辺に対応してもよい。第１金属部１４が上面視における四辺形形状を有する場合、上面視における長手方向と短手方向とが定義できる。本例の第１金属部１４の短手方向の幅をＷ１とし、長手方向の幅Ｗ２とする。

溝部１８は、第１半導体パッケージ１０において、第１有機材料部１２と第１金属部１４との間に設けられる。すなわち、本例の第１有機材料部１２は、本体部１９と、本体部１９と第１金属部１４との間に設けられ、本体部１９より表面上の高さの低い溝部１８とを有する。溝部１８は、第１半導体パッケージ１０の表面において、第１金属部１４を取り囲むように設けられてよい。

第１有機材料部１２に溝部１８を設けることにより、溝部１８からはんだ５２が流れ出すことを防ぐ効果が向上する。すなわち、溝部１８は、はんだ５２を電気的接点に過剰に塗布したときのバッファとして機能する。これにより、電気的接点におけるショートのリスクを低減することができる。

溝部１８は、幅Ｗ_Ｇを有する。一例として、溝部１８の幅Ｗ_Ｇは１００μｍ以上であってよい。この場合、溝部１８の製造が容易となり、はんだ５２のショート防止の効果が有効に発揮される。

溝部１８の幅Ｗ_Ｇは、第１金属部１４の表面上の高さが第１有機材料部１２の表面上の高さより高い場合、第１半導体パッケージ１０の表面上における、複数の第１金属部１４の間の距離のうち、最小の距離の１／２未満であってよい。この場合、第１金属部１４同士の間に溝部１８が適切に設けられ、溝部１８によるはんだ５２のショート防止の効果が有効に発揮される。

一例として、隣接する第１金属部１４の間の距離は０．３２ｍｍで設けられる。ただし、第１金属部１４の間の距離は、この距離に限定されない。この場合、溝部１８の幅Ｗ_Ｇを０．１６ｍｍ未満とすることにより、隣接する第１金属部１４の周りに設けられる溝部１８が繋がってしまうことなく、それぞれを個別に設けることができる。

また、溝部１８の幅Ｗ_Ｇは、第１金属部１４の表面上の高さが、第１有機材料部１２の表面上の高さより低い場合、溝部１８の幅Ｗ_Ｇは、第１金属部１４の長手方向の幅Ｗ２の１０％未満であってよい。この場合、第１金属部１４の剛性が適切に保持される。さらに、溝部１８の幅Ｗ_Ｇは、第１金属部１４の短手方向の幅Ｗ１の５％未満であってよい。これにより、第１金属部１４の剛性の保持がさらに容易となる。

溝部２８は、第２半導体パッケージ２０において第２有機材料部２２と第２金属部２４との間に設けられる。すなわち、本例の第２有機材料部２２は、本体部２９と、本体部２９と第２金属部２４との間に設けられ、本体部２９より表面上の高さの低い溝部２８とを有する。第２有機材料部２２に溝部２８を設けることにより、溝部２８からはんだ５２が流れ出すことを防ぐ効果が向上する。これにより、溝部２８は、溝部１８と同様の効果を奏する。第２半導体パッケージ２０を第１半導体パッケージ１０に積層する場合、溝部１８および溝部２８は、後述の空洞１１０を形成する。溝部１８および溝部２８の形状、大きさ等は、パッケージ間に形成される空洞１１０の所望の設計に応じて決定される。

図５Ａは、他の実施形態に係る半導体装置１００の一例である。第１半導体パッケージ１０の上面と、第２半導体パッケージ２０の下面とが示される。本例では、第１半導体パッケージ１０が凹状の第１金属部１４を有し、第２半導体パッケージ２０が凹状の第２金属部２４を有する。

本例の第１有機材料部１２および第２有機材料部２２は、第１金属部１４および第２金属部２４のそれぞれに対し、表面上の高さの差が０．０５ｍｍ低く設けられる。有機材料部が金属部より低く設けられる場合、高さの差が０．０５ｍｍ以下である場合には加工が容易となる。ただし、有機材料部と金属部との高さの差は、０．０５ｍｍ以下に限定されない。有機材料部と金属部との高さの差は、１００μｍ以上０．０５ｍｍ以下であってよい。

本例では、第１金属部１４および第２金属部２４の電気的接点となる部位においてはんだ５２のペーストが設けられる。はんだ５２は、電気的接点において第１金属部１４と第２金属部２４との間を埋め、第１金属部１４と第２金属部２４とを電気的に接続する。

一方で、第２半導体パッケージ２０を第１半導体パッケージ１０の上方に積層する場合、はんだ５２のペーストを提供しない箇所においては、第１金属部１４および第２金属部２４の表面上の高さが、第１有機材料部１２および第２有機材料部２２のそれぞれに対して低い陥凹となる。第１半導体パッケージ１０および第２半導体パッケージ２０を積層した場合に、これらの陥凹に応じた空隙が形成される。

図５Ｂは、図５Ａの半導体装置１００の断面図の一例である。本例では、第１半導体パッケージ１０の上方に第２半導体パッケージ２０が積層された形態が示される。本例では、第２半導体パッケージの表面上において、第２有機材料部２２より第２金属部２４の高さが低い。

本例では、第１金属部１４および第２金属部２４の間に電気的接点が形成されない箇所において、第１半導体パッケージ１０と第２金属部２４の下方との間に空洞１１０が形成される。一例として、空洞１１０の高さは０．０５ｍｍである。ただし、空洞１１０の高さはこの高さに限定されるものではない。

図６Ａは、他の実施形態に係る半導体装置１００の一例である。本例では、第１半導体パッケージ１０が凸状の第１金属部１４を有し、第２半導体パッケージ２０が凹状の第２金属部２４を有する。

本例の第１金属部１４は、電気的接点が形成される箇所における表面上の高さが高い。一例として、本例の第１金属部１４は、第１有機材料部１２より０．０５ｍｍ高く形成される。ただし、有機材料部と金属部との高さの差は、０．０５ｍｍに限定されず、１００μｍ以上の異なる値の差であってよい。

本例では、第１金属部１４と第２金属部２４との間に電気的接点を形成する箇所において、第１金属部１４および第２金属部２４の間にはんだ５２を有する。本例のはんだ５２は、第１金属部１４の上面に設けられる。ただし、はんだ５２は、第２金属部２４の上面に設けられてもよい。はんだ５２を介して、第１金属部１４および第２金属部２４が電気的に接続される。

図６Ｂは、図６Ａの半導体装置１００の断面図の一例である。本例では、第１有機材料部１２と第２有機材料部２２との間に空洞１１０が形成される点で、図５Ｂの例と相違する。

第１半導体パッケージ１０と第２半導体パッケージ２０との間の距離は、第１金属部１４が隆起した高さと、はんだ５２の高さとの合計値から、第２金属部２４が陥没した深さを引いた値だけ離隔される。従って、第１半導体パッケージ１０と、第２半導体パッケージとの間に形成される空洞１１０の体積は、図５Ｂの例より大きくなる。

図７Ａは、他の実施形態に係る半導体装置１００の一例である。本例では、第１半導体パッケージ１０が凸状の第１金属部１４を有し、第２半導体パッケージ２０が凸状の第２金属部２４を有する。

本例においても、第１金属部１４と第２金属部２４との間に電気的接点を形成する箇所において、第１金属部１４および第２金属部２４の間にはんだ５２を有する。本例の、はんだ５２は、第１金属部１４の上面に設けられる。ただし、はんだ５２は、第２金属部２４の上面に設けられてもよい。はんだ５２を介して、第１金属部１４および第２金属部２４が、電気的に接続される。

一例として、第１金属部１４は、第１有機材料部１２より表面上の高さが０．０５ｍｍ高く形成され、同様に第２金属部２４は、第２有機材料部２２より表面上の高さが０．０５ｍｍ高く形成される。ただし、第１有機材料部１２と第１金属部１４との高さの差および第２有機材料部２２の高さの差は、０．０５ｍｍに限定されず、１００μｍ以上の異なる値の差であってよい。

図７Ｂは、図７Ａの半導体装置１００の断面図の一例である。本例の半導体装置１００は、第１金属部１４と第２金属部２４との間にはんだ５２を有しない箇所において、第１半導体パッケージ１０と第２半導体パッケージ２０との間に、空洞１１０を有する。

本例においては、第１金属部１４が、第１有機材料部１２の表面上の高さより高く形成され、第２金属部２４が、第２有機材料部２２の表面上の高さより高く形成される。従って、これらの高低差にはんだ５２の厚みを加えた高低差を有する空洞１１０が、第１半導体パッケージ１０および第２半導体パッケージ２０の間において、電気的接点を除く箇所全体に広がって形成される。

空洞１１０により、はんだ５２の流出によるショートを防ぐことができる。さらに、はんだ５２を過剰に塗布した場合にあっても、過剰なはんだ５２は、溝部１８および溝部２８の内部にとどまる。従って、高信頼性のパッケージオンパッケージ素子を含む、半導体装置１００を提供できる。

図８Ａは、他の実施形態に係る半導体装置１００の一例である。本例では、第１半導体パッケージ１０が溝部１８を有し、第２半導体パッケージ２０が溝部２８を有する。

本例の第１金属部１４および溝部１８は、第１半導体パッケージにおける表面上の高さが異なる。同様に、第２金属部２４および溝部２８は、第２半導体パッケージにおける表面上の高さが異なる。ただし、第１金属部１４および本体部１９の表面上の高さは面一に形成されてよく、第２金属部２４および溝部２８の表面上の高さも面一に形成されてよい。

本例のはんだ５２は、第１金属部１４の上面に設けられる。ただし、はんだ５２は、第２金属部２４の上面に設けられてもよい。本例の第１金属部１４は、はんだ５２により電気的接点となる部位のみの高さが高くなっている。はんだ５２を介して、第１金属部１４および第２金属部２４が、電気的に接続される。

本例の電気的接点となる第１金属部１４の周囲および第２金属部２４の周囲に、溝部１８および溝部２８が形成される。これにより、はんだ５２の電気的接点以外の部位への流出が防がれる。

図８Ｂは、図８Ａの半導体装置１００の断面図の一例である。本例では、電気的接点となる第１金属部および第２金属部の間と、第２半導体パッケージ２０を第１半導体パッケージ１０に設置する箇所とにはんだ５２が配置される。

本例においては、はんだ５２が配置されない箇所において、第１半導体パッケージ１０および第２半導体パッケージの間に空洞１１０が形成される。本例においては、凸状の第１金属部１４および第２金属部２４を有しないので、図７Ｂの例より空洞１１０の高さが低く形成される。

溝部１８および溝部２８は、はんだ５２が溝部１８および溝部２８の外部に流出することを防止する。これにより、空洞１１０の体積を低減させ、かつ、はんだ５２のショートを防ぐことができる。

図９Ａは、他の実施形態に係る半導体装置１００の一例である。本例では、第２半導体パッケージ２０のみが溝部２８を有する。第１金属部１４の上面に配置されたはんだ５２のペーストと、第１有機材料部１２とは、面一の表面上の高さを有する。

第１半導体パッケージ１０と第２半導体パッケージとを積層した場合において、第１金属部１４および第２金属部２４の位置を対応させて積層できる。本例では、第１金属部１４および第２金属部２４の位置が対応する箇所において、電気的接点の形成を所望する箇所では、第２金属部２４と第２有機材料部２２とが面一の表面上の高さを有する。一方で、第１金属部１４および第２金属部２４の位置が対応する箇所において、電気的接点の形成を所望しない箇所では、第２金属部２４の表面上の高さは低く形成される。一例として、第２金属部２４の表面上の高さを低く形成するために、エッチング等の処理がほどこされる。

図９Ｂは、図９Ａの半導体装置１００の断面図の一例である。本例の第１半導体パッケージ１０と、第２半導体パッケージ２０とは、電気的接点周囲以外の部分において接する。

電気的接点において、第１金属部１４の上面にはんだ５２のペーストを有する。第１金属部１４は、導電材であるはんだ５２を介して、第２金属部２４と電気的に接続される。

本例では、電気的接点の周囲において、溝部２８と第１半導体パッケージ１０との間に空洞１１０が形成される。すなわち、溝部１８および溝部２８の間に空洞１１０が形成される。空洞１１０によりはんだ５２のショートを防ぐことができる。さらに、本例では、接続端子となる第２金属部２４周囲に空洞が形成されるので、溝部２８の形成に伴う第１半導体パッケージ１０および第２半導体パッケージ２０の間に形成される空洞１１０の容積を小さく保つことができる。従って、半導体装置１００全体の体積を小さく保ち、半導体装置１００を集積化できる。

図１０Ａは、他の実施形態に係る半導体装置１００の一例である。本例では、第１半導体パッケージ１０が溝部１８を有し、第２半導体パッケージ２０が溝部２８を有する。本例では第２金属部２４と、第２有機材料部２２の本体部２９とは、面一の表面上の高さを有する。また、第１金属部１４の上面に配置されたはんだ５２のペーストと、第１有機材料部１２の本体部１９とは、面一の表面上の高さを有する。

図１０Ｂは、図１０Ａの半導体装置１００の断面図の一例である。本例の第１半導体パッケージ１０と、第２半導体パッケージ２０とは、電気的接点以外の部分において接する。

電気的接点において、第１金属部１４の上面にはんだ５２のペーストを有する。第１金属部１４は、導電材であるはんだ５２を介して、第２金属部２４と電気的に接続される。

電気的接点の周囲において、溝部１８の上方と第２半導体パッケージ２０との間には、空洞１１０が形成される。同様に、本例の第２半導体パッケージ２０を第１半導体パッケージ１０の上方に積層した場合、溝部２８と第１半導体パッケージ１０との間に空洞１１０が形成される。すなわち、本例では、溝部１８および溝部２８の間に空洞１１０が形成される。

図１１は、第３半導体パッケージ３０を備える半導体装置１００の一例を示す。本例の半導体装置１００は、第１半導体パッケージ１０と、第１半導体パッケージ１０の上方に積層された第２半導体パッケージ２０と、第２半導体パッケージ２０の上方に積層された第３半導体パッケージ３０とを備える。

本例の第３半導体パッケージ３０は、光学フィルタパッケージである。第３半導体パッケージ３０は、第２半導体パッケージの上方に入出する赤外線等の電磁波のフィルタリングを提供すればよく、第２半導体パッケージ２０との電気的接続を要しない。一例として、第３半導体パッケージは、第２半導体パッケージの上面に塗布された樹脂接着剤を介して第２半導体パッケージの上方に積層および接着されてよい。

一例として、第２半導体パッケージ２０の上方に第３半導体パッケージ３０を積層および接着後に、第１半導体パッケージ１０の上方に第２半導体パッケージ２０が積層される。例えば、第１半導体パッケージ１０を後述のキャリーフレーム２１０に配置後に、第１半導体パッケージ１０の上面にはんだ５２のペーストが配置される。第２半導体パッケージ２０と第１半導体パッケージ１０とは、はんだ５２のペーストを介して、電気的に接続および接合される。ただし、各半導体パッケージの積層順はこれらに限定されず、第２半導体パッケージ２０を第１半導体パッケージ１０の上方に積層後に、第３半導体パッケージ３０を第２半導体パッケージ２０の上方に積層してもよい。

図１２Ａは、半導体モジュール２００の構成の一例を示す。本例の半導体モジュール２００は、６つの半導体装置１００を備える。

本例の半導体モジュール２００では、キャリーフレーム２１０に、半導体装置１００が配置される。本例のキャリーフレーム２１０と半導体装置１００との間には、後述のバックテープ２２０等の接着剤が設けられる。半導体装置１００とキャリーフレーム２１０とは、バックテープを介して接合される。

本例では、第１半導体パッケージ１０をキャリーフレーム２１０に接合後に、第１半導体パッケージ１０の上面にはんだ５２のペーストが適用される。第２半導体パッケージ２０および第３半導体パッケージ３０を接合したパッケージオンパッケージ部材が、はんだ５２を介して、第１半導体パッケージ１０に接合される。

図１２Ｂは、半導体モジュール２００の断面図の一例を示す。本例の各半導体装置１００は、バックテープ２２０により、キャリーフレーム２１０に固定されている。

一例として、バックテープ２２０は、樹脂製の接着剤である。本例のバックテープ２２０は、絶縁樹脂性の接着剤により設けられる。

図１３Ａは、半導体装置１００の製造プロセスの一例を示す。テープ１０２の上方に各部材が積層される。

テープ１０２は、樹脂等の材料により形成されてよく、各部材を固定する。各部材の積層後にウェットエッチング等で除去されてよい。テープ１０２は、後述の封止樹脂を設けた後に除去されてもよい。ただし、テープ１０２を除去せず、完成した半導体装置１００の配置のために用いてもよい。

第１金属部１４ａおよび第１金属部１４ｂが、テープ１０２の上方に積層される。本例の、第１金属部１４ａおよび第１金属部１４ｂは、第１半導体パッケージ１０の底部に金属平板部分が露出するリードフレームである。

図１３Ｂは、半導体装置１００の製造プロセスの一例を示す。図１３Ａの次の製造段階の一例が示される。

本例では、第１金属部１４ａおよび第１金属部１４ｂの間に第１半導体ダイ１６が配置される。第１半導体ダイ１６は、テープ１０２の上方に積層される。

図１３Ｃは、半導体装置１００の製造プロセスの一例を示す。図１３Ｂの次の製造段階の一例が示される。

第１金属部１４ａおよび第１金属部１４ｂと、第１半導体ダイ１６との間が電気的に接続される。本例では、第１金属部１４ａおよび第１金属部１４ｂと、第１半導体ダイ１６との間は、ワイヤボンディングにより接続される。ただし、第１金属部１４ａおよび第１金属部１４ｂと、第１半導体ダイ１６との間は、導電性トレース等で設けられてもよい。

図１３Ｄは、半導体装置１００の製造プロセスの一例を示す。図１３Ｃの次の製造段階の一例が示される。

封止樹脂により、第１有機材料部１２が設けられる。一例として、封止樹脂は、エポキシ等の熱可塑性樹脂で設けられる。第１有機材料部１２は、１×１０^１１Ω・ｃｍ以上の体積抵抗率を有する樹脂材料であってよい。

図１３Ｅは、半導体装置１００の製造プロセスの一例を示す。図１３Ｄの次の製造段階の一例が示される。本例においては、第１有機材料部１２または第１金属部１４を削る段階が行われる。

第１有機材料部１２を削る段階において、特に、第１有機材料部１２に溝部１８を設ける場合にあっては、レジストまたは金属によるマスクを用いてエッチングが行われる。第１有機材料部１２を削る段階は、ドライエッチングで行われてもよく、ウェットエッチングで行われてもよい。

第１有機材料部１２を削る段階をドライエッチングで行う場合の一例として、ドライエッチングは、フォトリソグラグラフィで行われてよい。あるいは、第１有機材料部１２に反応性イオンエッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ；ＲＩＥ）を行うことにより行われてもよい。第１有機材料部１２を削る段階の他の例としては、ウェットブラストによる研磨、または薬液によるウェットエッチングであってもよい。第１有機材料部１２に対するウェットエッチングは、有機溶剤または希硫酸等で行われてよい。第１有機材料部１２を削る段階は、第１有機材料部１２をエッチングして、第１有機材料部１２に溝部１８を形成する段階を含んでよい。

第１金属部１４が銅等の金属を含むリードフレームである場合に、当該金属に対するエッチングが行われる。第１金属部１４を削る段階をドライエッチングで行う場合の一例として、第１金属部１４に反応性イオンエッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ；ＲＩＥ）を行うことにより行われてもよい。第１金属部１４を削る段階の他の例としては、ウェットブラストによる研磨、または薬液によるウェットエッチングであってもよい。第１金属部１４に対するウェットエッチングは、塩化鉄水溶液またはフッ酸等で行われてよい。

図１３Ｆは、半導体装置１００の製造プロセスの一例を示す。図１３Ｅの次の製造段階の一例が示される。本例では、第１半導体パッケージ１０に設けられていたテープ１０２が除去された上で、図１３Ｅの第１半導体パッケージ１０の配置と上下が逆転している。

第１半導体パッケージ１０の上面に接着剤４２が設けられる。ただし、第２半導体パッケージ２０の下面に接着剤４２が設けられてもよい。

第１半導体パッケージ１０の上方に、第２半導体パッケージ２０が配置される。すなわち、第１半導体パッケージ１０と第２半導体パッケージとの間には、接着剤４２が設けられる。接着剤４２は、導電性ペーストで設けられてもよく、絶縁性樹脂で設けられてもよい。

図１３Ｇは、半導体装置１００の製造プロセスの一例を示す。図１３Ｆの次の製造段階の一例が示される。

本例においては、第１半導体パッケージ１０の第１金属部１４に対し、ダイシング（個片化）が施される。ダイシングは、ダイシングソー等で行われてよい。

第１半導体パッケージ１０の下面に樹脂性の素材によるバックテープ２２０が設けられ、第１半導体パッケージ１０が所望の位置に配置される。以上のプロセスにより、パッケージオンパッケージ素子である半導体装置１００が製造される。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１０・・・第１半導体パッケージ、１２・・・第１有機材料部、１４・・・第１金属部、１６・・・第１半導体ダイ、１８・・・溝部、１９・・・本体部、２０・・・第２半導体パッケージ、２２・・・第２有機材料部、２４・・・第２金属部、２６・・・第２半導体ダイ、２８・・・溝部、２９・・・本体部、３０・・・第３半導体パッケージ、４２・・・接着剤、５２・・・はんだ、１００・・・半導体装置、１０２・・・テープ、１１０・・・空洞、２００・・・半導体モジュール、２１０・・・キャリーフレーム、２２０・・・バックテープ

Claims (14)

1. 第１金属部と、少なくとも一部において前記第１金属部と表面上の高さの異なる第１有機材料部と、を有する第１半導体パッケージと、
   第２金属部と、少なくとも一部において前記第２金属部と表面上の高さの異なる第２有機材料部と、を有し、前記第１半導体パッケージの上方に積層される、第２半導体パッケージとを備え、
   前記第１金属部および前記第２金属部が電気的に接続され、
   前記第１有機材料部は、前記第１金属部より表面上の高さが低く、
   前記第１有機材料部は、本体部と、前記本体部と前記第１金属部との間に設けられ、前記本体部より表面上の高さの低い溝部とを有する、
   半導体装置。
2. 前記第１有機材料部および前記第１金属部の高さの差は、１００μｍ以上である、請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記第１有機材料部は、部材を内部に封止する封止樹脂であり、
   前記第１有機材料部および前記第１金属部の高さの差は、前記部材のうち表面上の高さが最も高い部分と前記第１金属部との高さの差の１／２未満である、
   請求項１または２に記載の半導体装置。
4. 前記溝部は、１００μｍ以上の幅を有する、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体装置。
5. 前記第１半導体パッケージは、複数の前記第１金属部を備え、
   前記溝部の幅は、前記第１半導体パッケージの表面上における、複数の前記第１金属部の間の距離のうち最小の距離の１／２未満である、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の半導体装置。
6. 第１金属部と、少なくとも一部において前記第１金属部と表面上の高さの異なる第１有機材料部と、を有する第１半導体パッケージと、
   第２金属部と、少なくとも一部において前記第２金属部と表面上の高さの異なる第２有機材料部と、を有し、前記第１半導体パッケージの上方に積層される、第２半導体パッケージとを備え、
   前記第１金属部および前記第２金属部が電気的に接続され、
   前記第１有機材料部は、前記第１金属部より表面上の高さが高く、
   前記第１有機材料部は、本体部と、前記本体部と前記第１金属部との間に設けられ、前記本体部より表面上の高さの低い溝部とを有する、
   半導体装置。
7. 前記第１有機材料部および前記第１金属部の高さの差は、１００μｍ以上である、請求項６に記載の半導体装置。
8. 前記第１有機材料部は、第１半導体ダイを内部に封止する封止樹脂であり、
   前記第１有機材料部および前記第１金属部の高さの差は、前記第１有機材料部の高さの１／２未満である、
   請求項６または７に記載の半導体装置。
9. 前記溝部は、１００μｍ以上の幅を有する、
   請求項６から８のいずれか一項に記載の半導体装置。
10. 前記溝部は、前記第１半導体パッケージの上面視における前記第１金属部の短手方向の幅の１０％未満の幅を有する、
    請求項６から９のいずれか一項に記載の半導体装置。
11. 前記溝部は、前記第１半導体パッケージの上面視における前記第１金属部の長手方向の幅の５％未満の幅を有する、
    請求項６から１０のいずれか一項に記載の半導体装置。
12. 前記第１金属部と前記第２金属部との間に塗布された導電材を備え、
    前記第１金属部および前記第２金属部は、前記導電材を介して電気的に接続される、
    請求項１から１１のいずれか一項に記載の半導体装置。
13. 前記第１半導体パッケージまたは前記第２半導体パッケージのうち少なくとも１つは、赤外線センサを有する、
    請求項１から１２のいずれか一項に記載の半導体装置。
14. 第１金属部と、少なくとも一部において前記第１金属部と表面上の高さの異なる第１有機材料部と、を有する第１半導体パッケージを提供する段階と、
    第２金属部と、少なくとも一部において前記第２金属部と表面上の高さの異なる第２有機材料部と、を有し、前記第１半導体パッケージの上方に積層される、第２半導体パッケージを提供する段階と
    を備え、
    前記第１金属部および前記第２金属部が電気的に接続され、
    前記第１半導体パッケージを提供する段階は、
    犠牲材料の上面に前記第１金属部を提供する段階と、
    前記犠牲材料の上面に第１半導体ダイを提供する段階と、
    前記第１金属部と前記第１半導体ダイとを電気的に接続する段階と、
    前記第１半導体ダイを前記第１有機材料部の内部に封止する段階とを有し、
    前記第１半導体パッケージを提供する段階は、前記封止する段階の後に、
    前記第１有機材料部をエッチングして、前記第１有機材料部の上面に溝部を形成する段階を有する、
    半導体装置の製造方法。

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