JPH08279591A - 半導体装置とその製造方法 - Google Patents

半導体装置とその製造方法

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JPH08279591A
JPH08279591A JP7082885A JP8288595A JPH08279591A JP H08279591 A JPH08279591 A JP H08279591A JP 7082885 A JP7082885 A JP 7082885A JP 8288595 A JP8288595 A JP 8288595A JP H08279591 A JPH08279591 A JP H08279591A
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JP
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semiconductor element
carrier
semiconductor
semiconductor device
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English (en)
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Naoharu Senba
直治 仙波
Yuzo Shimada
勇三 嶋田
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体素子とキャリヤーを金属細線にて接続
してなる多段接続用半導体装置の軽薄短小化、高放熱化
および低コスト化を図る。 【構成】 端面スルーホールを有するキャリヤー１に半
導体素子４と半導体素子４との間に接着剤５を入れ、半
導体素子４を多段接続する。金属細線６による接続は、
半導体素子４の接着が終了次第順次ワイヤーボンディン
グ法を用いて実施する。また、キャリヤー１のキャビテ
ィーに開口部９を形成し、この開口部９に半導体素子４
を入れ、金属細線６によって接続し、その後半導体素子
４の裏面から研削、研磨、サーフェースグラインダー、
エッチング法等によって、所望の厚さにし、これを多段
に接続する。さらに放熱板８を接着すると放熱効果が向
上するため半導体装置の信頼性が高くなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はキャリヤーに半導体素子
をマウントした構造よりなる半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の多段接続する半導体装置は、例え
ば特開昭６１−１０１０６７号公報（図６に示す）に開
示されているＩＣ搭載用電極２２、チップキャリヤー接
続用電極２３等が形成されたキャビティー付きセラミッ
クパッケージ２１に、メモリーＩＣ２４をマウントして
金属細線を用いてメモリーＩＣ２４とＩＣ電極２２に電
気的に接続されている構造となっている。その後樹脂封
止を実施し、１個の半導体装置としている。更に半田２
６を形成し、図６のように多段接続した構造となってい
る。また、特開平２−３１０９５７号公報（図７（ａ）
に示す）に開示されているように、通常のモールドパッ
ケージの両側面、上下面にリード２７を形成した構造の
半導体装置を製造し、次に、図７（ｂ）に示すようにリ
ード２４によって半導体装置を多段に接続した構造とな
っている。また、リソグラフィー、酸化、メタル形成技
術等を用いて半導体素子の端面に、多段接続用のメタル
を形成して多段接続する方法、メモリー半導体素子をマ
ルチチップで実装したＱＦＰパッケージを製造し、この
ＱＦＰパッケージのリードを用いて多段接続する方法、
リードフレームのアイランド部にＴＡＢ接続された半導
体素子を多段に接続し、全体を樹脂封止してＱＦＰパッ
ケージとする方法、ＴＡＢ接続された半導体装置のアウ
ターリードを用いて多段接続する方法、半導体素子の裏
面をサイドエッチしてワイヤーボンディング法を用いて
多段接続する方法、通常のＩＣパッケージとサブおよび
マザーボードによって多段接続する方法等がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の多段接
続する半導体装置とその製造方法では、多段接続する前
の個々の半導体装置に用いているチップキャリヤーの高
さが、半導体素子厚さの数倍以上になっており、非常に
厚いため高密度実装に適さない。また、個々の半導体装
置を多段に接続するため、更に実装密度が下がることに
なる。前記図７に示した例でも、モールド樹脂の中に半
導体素子を傾斜させて内蔵させているため、半導体素子
厚とリードフレームの厚さを合わせた厚さの数倍のモー
ルド厚さとなっている。前述と同様に高密度実装ができ
ない。
【０００４】更に、これを多段に接続するため、更に実
装密度が下がることになる。また、リソグラフィー、酸
化、メタル形成技術等を用いて半導体素子の端面に多段
接続用のメタルを形成する方法は、技術的な難易度が高
く、また、莫大な設備投資が必要となる。メモリーの半
導体素子をマルチチップで実装したＱＦＰパッケージを
製造し、リードを用いて多段接続する方法は個々のＱＦ
Ｐパッケージの厚さが半導体素子の厚さの数倍と厚くな
ってしまうため、高密度実装には適さない。更に多段接
続するために、実装密度が下がることになる。リードフ
レームのアイランド部にＴＡＢ接続した半導体素子を多
段に接続し、全体を樹脂封止してＱＦＰパッケージとす
る方法は高価であるとともにＴＡＢ接続するために、半
導体素子の強度が必要である。そのためある厚さを確保
することになる。薄くしても約０．３mm程度であり、全
体のＱＦＰパッケージの厚さを薄くすることは不可能で
ある。ＴＡＢ接続した半導体装置の外部リード（ＴＡＢ
リード）を用いて多段接続する方法は、高価であるとと
もに実装面積がどうしても半導体素子よりも大きくな
る。また、多段接続したときの高さが通常のＱＦＰパッ
ケージよりも大きくなる。従って実装密度を高くするこ
とはできない。また、ＴＡＢであるため、実装、その他
のハンドリングが難しい。半導体素子の裏面をサイドエ
ッチしてワイヤーボンディングを用いて多段接続する方
法は、莫大な設備投資が必要であることと、リソグラフ
ィー、酸化、メタル形成技術等を駆使しなければならず
技術的難易度が高い。通常のＩＣパッケージとサブおよ
びマザーボードによって、多段接続する方法ではＩＣパ
ッケージの厚さは従来のものとかわらず、これを多段接
続するのみであるため実装密度の向上は得られない。更
に、サブおよびマザーボードが入ってくるため実装密度
は低下する。以上述べたように従来技術では実装密度を
向上させることができない。また、莫大な設備投資が必
要、技術的な難易度が高い、高コストである等の色々な
問題点を有している。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の半導体装
置は、半導体素子を多段接続し、スルーホール構造を有
するキャリヤーに固定した半導体装置において、個々の
半導体素子は引き出し電極部分を除いた部分に形成され
た絶縁性接着剤によって他の半導体素子と接続され、か
つ前記引き出し電極からキャリヤーへの電気的な接続に
金属細線を用いたワイヤーボンディング法を用いたこ
と、すなわち複数の半導体素子が接着剤によって多段接
続され、この多段接続された半導体素子がキャリヤーに
固定されていることを特徴とする。この素子でキャリヤ
ーがキャビティー構造であって、かつキャビティーの深
さが半導体素子の厚さと絶縁性接着剤の厚さを合わせた
厚さの整数倍となっていると、多段接続された半導体素
子がキャリヤー内に収容可能となり、素子の信頼性を向
上させることも可能となる。またこのキャリヤーに半導
体素子を収容できる大きさの開口部が形成すると、さら
に薄型の半導体装置が実現できる。開口部は素子のバラ
ンスを考慮すれば中心部にあることが望ましい。このよ
うな半導体装置を、キャリヤーのスルーホールをメタ
ル、導電性樹脂、もしくはピンコネクションのいずれか
の手段によって接続することによってさらに素子を多段
に接続することも可能である。なおこの装置は、キャリ
ヤーに第１の半導体素子をマウントする第１の工程と、
金属細線を用いて第１の半導体素子の電極とキャリヤー
の電極を電気的に接続する第２の工程と、第１の半導体
素子の電極部分を除いた部分に絶縁性接着剤を接着する
第３の工程と、前記接着剤上に第２の半導体素子を接着
する第４の工程と、以後第２〜第４の工程を繰り返して
ｎ個の半導体素子を多段接続する第５の工程とから製造
される。キャリヤーをさらに多段に接続する場合には第
５の工程後にキャリヤーを接続する第６の工程を設けれ
ばよく、また第５の工程後に多段接続された半導体素子
全体を樹脂封止すれば、耐湿性を向上できる。
【０００６】また本発明の第２の半導体装置は、キャリ
ヤーの開口部に半導体素子を有し、前記半導体素子は引
き出し電極によってキャリヤーに電気的に接続されてい
ることを特徴とする半導体装置であって、キャリヤーの
スルーホールをメタル、導電性樹脂、もしくはピンコネ
クションのいずれかの手段によって接続することによっ
て多段接続された半導体装置を得ることができる。第１
の半導体装置との相違点は各半導体素子がキャリヤーに
それぞれ接続されている点である。この装置は、端面ス
ルーホール及び開口部を有しキャビティーが形成された
キャリヤーの開口部に半導体素子をマウントする第１の
工程と、金属細線を用いて半導体素子の電極とキャリヤ
ーの関係を電気的に接続する第２の工程と、半導体素子
の裏面から研削、研磨、サーフェースグラインダー、エ
ッチング法のいずれの方法によって半導体素子を所望の
厚さにする第３の工程とから製造され、さらにこのキャ
リヤーを接続することで多段接続された半導体装置を得
ることができる。ここで、第２の工程もしくは第３の工
程後に、電気的接続部を樹脂封止すると、ワイヤーボン
ディング等の電気接続部分を強化し、かつ耐湿性を向上
させることができる。
【０００７】両半導体装置とも、引き出し電極部分とは
逆の面に放熱板を有した半導体素子を少なくとも１つ有
していることによって放熱効果を高めることが可能とな
る。第２の半導体装置においては放熱板と、隣接する半
導体素子間はメタル、高熱伝導性樹脂等で固着すると放
熱効果を向上させることができる。
【０００８】キャリヤーとの電気的な接続の方法として
金属細線を用いたワイヤーボンディングを用いるが、素
子及び装置をマザーボードへの接続パターン部を除いて
樹脂封止することによって強度を向上させることが可能
である。また、キャリヤーを端面スルーホールによって
多段接続する際、メタルを用いて実施する場合は、例え
ば組成が、Ｐｂ／１０Ｓｂ、Ｓｎ／５Ａｇ、Ｓｎ／１０
Ｓｂ／２Ａｇ（各Ｗｔ％）等で融点が１８０℃以上のも
ので行うことが好ましい。これは半導体装置のマザーボ
ードへの実装では、一般的に組成がＰｂ／６０Ｓｎ（Ｗ
ｔ％）、融点が１８３℃のハンダが用いられていてリフ
ロー温度は２３０℃前後で実施されているためで、多段
接続するためのメタルが、リフローの時に溶解して半導
体装置が分割されないようにするためである。もちろ
ん、マザーボードへの実装で用いられる半田の融点が低
くなればリフロー温度もそれに伴って低くなるので、そ
の分スルーホールを接続するときに用いるメタルの自由
度も向上する。
【０００９】また、多段接続するそれぞれのキャリヤー
に、回路パターンの一部を接続、或いは分離し、各キャ
リヤーにそれぞれ異なった回路機能を持たせ、記号、文
字、数字等を印刷、エッチング、レーザー法等によって
形成すると、この記号、文字、数字等によって各種電気
回路の組み合わせを行うことで、必要に応じた電気回路
機能が得られると同時に応用範囲を広くする事ができ
る。
【００１０】キャリヤーの材質は特に限定されず、プリ
ント基板、ガラスセラミックス、フレキシブルプリント
基板、アルミナセラミックス基板、窒化アルミ基板等を
適宜選択して用いることが可能である。
【００１１】なお、接着剤５に不純物が多量に含まれて
いると素子の誤動作を招くため、接着剤はなるべく高純
度のものが望ましい。接着剤５が、エポキシ系、シリコ
ン系、フッソ系樹脂等の液体である場合はスタンピング
法もしくはディスペンス法、エポキシ系シート、シリコ
ン系シート、フッソ系シート等の固体である場合はテー
プ貼付法、酸化膜の形成、スピンコートによる有機物形
成の場合は、リソグラフィー法等、半導体プロセスを組
み合わせた方法で実施することができる。
【００１２】
【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。
【００１３】（実施例１）図１は本発明の第１の半導体
装置の例を示す断面図である。図２にその製造フローを
示す。端面スルーホール２を有し、キャビティーが形成
されているキャリヤー１に半導体素子４をマウントする
（図２ａ）。次に金属細線６を用いて半導体素子４の電
極とキャリヤー１の電極を電気的に接続する（図２
ｂ）。半導体素子４の電極部分を除いた部分に高純度な
絶縁性である有機物、無機物等の接着剤５を接着させ
（図２ｃ）、その上に半導体素子４を接着させる（図２
ｄ）。次に半導体素子４の電極とキャリヤー１を金属細
線６を用いて電気的に接続する。以下同様に繰り返し所
望の段数を接続する（図２ｅ）。本発明で使用している
半導体素子４の厚さは、１００−２００μm 、金属細線
６は、２５μm ¢金線、接着剤の厚さは、２５−１００
μm 程度である。本発明の構造とした場合、半導体素子
を４段接続した時、半導体装置の厚さが１−１．５mm程
度となる。
【００１４】キャリヤーは図１に示したようなキャビテ
ィーを有しているものを使用すると最後に樹脂３により
樹脂封止を実施することができるため、ワイヤーボンデ
ィングの強化が可能となるために有利であるが、キャビ
ティーを有さないキャリヤーを使用してもよいことはい
うまでもない。
【００１５】図１のような装置を単独で用いる場合に
は、キャビティーの側面全体にスルーホールを形成する
必要はなく、図１（ｂ）で示すように、端面スルーホー
ルの代わりにボールグリッドアレイ７を形成したキャリ
ヤー１を用いてもよい。このような構造にする事によ
り、多ピン化が容易となり、また、ピン内ピッチも大き
くとれ、マザーボードへの実装も容易となる。キャビテ
ィーの側面全体に端面スルーホールを形成すると、これ
を接続することでキャリアを多数接続することが可能と
なる。
【００１６】また、図１（ｃ）に示すようにキャリヤー
１に開口部９を有するものを用い、放熱板８を設けても
よく、放熱効果を向上させた多段接続した半導体装置が
得られる。
【００１７】（実施例２）図３は本発明の第２の半導体
装置を示す断面図である。図４にその製造フローを示
す。ステージ上の端面スルーホール２を有するキャリヤ
ー１のキャビティー中央部に、半導体素子４よりも少し
大きめの開口部９が設けられている。この開口部に半導
体素子４をマウントし（図４ａ）、金属細線６を用いて
半導体素子４とキャリヤー１を電気的に接続する（図４
ｂ）。そして樹脂３によって樹脂封止し（図４ｃ）、次
に半導体素子４の裏面から、研削、研磨、サーフェース
グラインダー、エッチング法等によって、所望の厚さに
形成する（図４ｄ）。
【００１８】ここで樹脂封止をすることで耐湿性が向上
し、加えてワイヤーボンディング部分及び半導体素子を
固定することが可能となり、研削時の信頼性も向上す
る。また、研削により半導体素子を非常に薄くすること
（例えば０．１０−０．３mm）ができ、非常に薄い半導
体装置が完成する。
【００１９】その後、多段接続する場合には端面スルー
ホール２を用いてメタル、導電性樹脂等によって多段接
続する（図４ｅ）。ピンコネクションで接続してもよ
い。このような方法により、例えば４段接続した場合で
も全体の厚さが、０．４−１．２mmという非常に薄くて
高密度実装に適した多段接続した半導体装置となる。こ
れは従来の１番薄いパッケージであるＴＳＯＰの１．０
mmに同等であり、実装密度も約４倍となって高密度実装
に適した半導体装置となる。
【００２０】図３（ｂ）は図４（ｄ）によって得られた
半導体装置に放熱板８を取り付けたものであり、放熱効
果を向上することができる。放熱板８を紙面に垂直にの
ばした装置を多段に接続すると、図３（ｃ）に示したよ
うな、マザーボード１０に多段実装した装置が得られ
る。このとき放熱板８の面と、樹脂３の面間はメタル、
高熱伝導性樹脂によって固着されている構造とするとよ
い。放熱板８をマザーボードに接続すると、放熱経路を
放熱板とマザーボードの双方に確保出来るので放熱効果
を更に向上させる事ができるが、接続しないでマザーボ
ード１０に対して並行に実装してもよい。
【００２１】（実施例３）図５は本発明の第３の実施例
の製造フローを示す図である。キャリヤーが多数個形成
されている多数個取り基板（図５ａ）に、半導体素子を
多数個ワイヤーボンディング接続し（図５ｃ）、次に、
この多数個搭載された半導体素子４と多数個取り基板の
個々の間に、樹脂を注入して封止し（図５ｄ）、その後
多数個取り基板の状態で半導体素子の裏面から、研磨、
研削、サーフェースグラインダー、エッチング法等によ
って所望の厚さに形成する（図５ｅ）。なお、本発明の
第１の半導体装置の例によるボールグリッドアレイ構成
（図１ｂ）の場合は樹脂封止後、多数個取り基板の状態
でボールグリッドアレイ７を半田ボール、半田ペースト
印刷、ディスペンス法等により所望の高さに形成する。
次に、多数個取りの中にあって個々の半導体素子４から
キャリヤー、次に、多数個取りの中にあって個々の半導
体素子４からキャリヤー１に引き出されている端子を用
いて、バーインテスト前、バーインテスト、バーインテ
スト後等の電気的特性検査を実施する（図５ｆ）。尚、
本電気的特性検査は、本工程のみならず半導体素子４が
搭載された工程以降であれば、どの工程でも適用出来
る。その後、電気的特性検査の完了した多数個取り基板
を、所望の段数位置決めし、重ね合わせる（図５ｇ）。
メタル接続による多段接続の場合は、リフロー、ウエル
ド法等で、導電性樹脂接続による多段接続の場合は、熱
硬化、紫外線硬化法等によって接続する。
【００２２】次に、ダイシング、レーザー、スクライ
ブ、チョコブレーク法等（図５ｈ）によって、個々の多
段接続された半導体装置を得る（図５ｉ）。
【００２３】尚、チョコブレーク法の場合は、多数個取
り基板製造の段階でブレーク溝を予め基板に形成したも
のを、多数個取り基板として使用する。最後に必要に応
じて最終的な電気的特性検査を実施する。電気的検査
は、個々のキャリヤーの上、下、或いは側面に形成され
ている多段接続用パッドに、探針、或いは面接触によっ
て電気的なコンタクトをとって実施する。
【００２４】この実施例では半導体素子を搭載したキャ
リヤーを所望の個数一括で重ね合わせ接続して、多段接
続して半導体装置化するために作業性に優れ、低コスト
化ができる。
【００２５】
【発明の効果】以上説明したように本発明による半導体
装置によれば、従来の半導体パッケージの厚さ分が省略
できる事になるため非常にパッケージを薄くでき、従来
以上の高密度実装ができるようになる。更にワイヤーボ
ンディングによる接続方法を用いているために、高度な
技術も莫大な設備投資も不要となる。従って安価で高密
度実装ができる半導体装置の製造が可能となる。
【００２６】以上述べたように本発明によって、電気的
に応用範囲が広く、小型で、軽量で、放熱効果が高く、
安価で、そして高密度実装に適した多段接続した半導体
装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１を示す断面図である。
【図２】本発明の実施例２を示す断面図である。
【図３】本発明の実施例１の製造フローを示す断面図で
ある。
【図４】本発明の実施例２の製造フローを示す断面図で
ある。
【図５】本発明の実施例３の製造フローを示す平面図お
よび断面図である。
【図６】従来技術例１を示す断面図である。
【図７】従来技術例２を示す断面図である。
【符号の説明】
１ キャリヤー ２ 端面スルーホール ３ 樹脂 ４ 半導体素子 ５ 接着剤 ６ 金属細線 ７ ボールグリッドアレイ ８ 放熱板 ９ 開口部 １０ マザーボード ２１ セラミック ２２ ＩＣ搭載用基板 ２３ チップキャリア接続用電極 ２４ メモリＩＣ ２５ 封止樹脂 ２６ 半田 ２７ リード ２８ モールド材 ３０ 半導体装置

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】半導体素子を多段接続し、スルーホール構
    造を有するキャリヤーに固定した半導体装置において、
    個々の半導体素子は引き出し電極部分を除いた部分に形
    成された絶縁性接着剤によって他の半導体素子と接続さ
    れ、かつ前記引き出し電極からキャリヤーへの電気的な
    接続に金属細線を用いたワイヤーボンディング法を用い
    たことを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項２】キャリヤーがキャビティー構造であって、
    かつキャビティーの深さが、半導体素子の厚さと絶縁性
    接着剤の厚さを合わせた厚さの整数倍となっていること
    を特徴とする請求項１記載の半導体装置。
  3. 【請求項３】キャリヤーに半導体素子を収容できる大き
    さの開口部が形成されていることを特徴とする請求項１
    ないし２記載の半導体装置。
  4. 【請求項４】キャリヤーの開口部に半導体素子を有し、
    前記半導体素子は引き出し電極によってキャリヤーに電
    気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
  5. 【請求項５】請求項１ないし４記載の半導体装置が、キ
    ャリヤーのスルーホールをメタル、導電性樹脂、もしく
    はピンコネクションのいずれかの手段によって接続する
    ことにより多段接続されていることを特徴とする半導体
    装置。
  6. 【請求項６】引き出し電極部分とは逆の面に放熱板を備
    えた半導体素子を少なくとも１つ有していることを特徴
    とする請求項１ないし５記載の半導体装置。
  7. 【請求項７】多段接続した半導体素子を、マザーボード
    への接続パターン部を除いて樹脂封止した事を特徴とす
    る請求項１ないし６記載の半導体装置。
  8. 【請求項８】キャリヤーに第１の半導体素子をマウント
    する第１の工程と、金属細線を用いて第１の半導体素子
    の電極とキャリヤーの電極を電気的に接続する第２の工
    程と、第１の半導体素子の電極部分を除いた部分に絶縁
    性接着剤を接着する第３の工程と、前記接着剤上に第２
    の半導体素子を接着する第４の工程と、以後第２〜第４
    の工程を繰り返してｎ個の半導体素子を多段接続する第
    ５の工程とからなることを特徴とする請求項１ないし３
    記載の半導体装置の製造方法。
  9. 【請求項９】第５の工程後に、多段接続された半導体素
    子全体を樹脂封止する第６の工程を行うことを特徴とす
    る請求項８記載の半導体装置の製造方法。
  10. 【請求項１０】第５の工程もしくは第６の工程後に、キ
    ャリヤーのスルーホールを接続することによって多段接
    続する第７の工程を行うことを特徴とする請求項８ない
    し９記載の半導体装置の製造方法。
  11. 【請求項１１】端面スルーホールを有しキャビティーが
    形成され、かつ半導体素子より大きな開口部を有するキ
    ャリヤーの開口後に半導体素子をマウントする第１の工
    程と、金属細線を用いて半導体素子の電極とキャリヤー
    の関係を電気的に接続する第２の工程と、半導体素子の
    裏面から研削、研磨、サーフェースグラインダー、エッ
    チング法のいずれの方法によって半導体素子を所望の厚
    さにする第３の工程とからなることを特徴とする請求項
    ４記載の半導体装置の製造方法。
  12. 【請求項１２】第３の工程後に、キャリヤーの端面スル
    ーホールを接続することによって多段接続する第４の工
    程を行うことを特徴とする請求項１１記載の半導体装置
    の製造方法。
  13. 【請求項１３】第２の工程もしくは第３の工程後に、電
    気的接続部を樹脂封止することを特徴とする請求項１１
    ないし１２記載の半導体装置の製造方法。
  14. 【請求項１４】キャリヤーが多数個形成されている多数
    個取り基板に第１の半導体素子を多数個マウントする第
    １の工程と、金属細線を用いて個々の半導体素子の電極
    とキャリヤーの電極を電気的に接続する第２の工程と、
    個々の半導体素子の電極部分を除いた部分に絶縁性接着
    剤を接着する第３の工程と、前記個々の半導体素子上に
    形成された接着材上に第２の半導体素子を接着する第４
    の工程と、以後第２〜第４の工程を繰り返してｎ個の半
    導体素子を多段接続する第５の工程と、バーインテス
    ト、多段接続、電気的特性検査を実施後、レーザー、ス
    クライブ、ダイシング、チョコブレーク法のいずれかの
    手段によって個々に分割して複数個の多段接続された半
    導体装置を得る第６の工程からなることを特徴とする半
    導体装置の製造方法。
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