JPH11135716A - 半導体装置の積層構造およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置の積層構造およびその製造方法

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JPH11135716A
JPH11135716A JP9294379A JP29437997A JPH11135716A JP H11135716 A JPH11135716 A JP H11135716A JP 9294379 A JP9294379 A JP 9294379A JP 29437997 A JP29437997 A JP 29437997A JP H11135716 A JPH11135716 A JP H11135716A
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lsi
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 通常市販されているLSIパッケージ、例え
ばTSOP(Thin SmallOut-Line Package )等を積層
し、高信頼性構造を実現することによって、高密度実装
が可能な半導体装置の積層構造およびその製造方法を提
供する。 【解決手段】 各LSIパッケージの各片側の各リード
を挿入させるためのスルーホールの列がLSIのパッケ
ージの数と同じ段数だけ設けられた2枚のキャリア基板
であって、LSIパッケージ自身の厚み方向に配置され
た複数のLSIパッケージの各両側から、LSIパッケ
ージのリードをスルーホールに挿入させるように、LS
Iパッケージを挟んだ2枚のキャリア基板を有し、スル
ーホールの内壁には、リードと接続するための導体部を
有し、キャリア基板の下部には、導体配線によりスルー
ホールの導体部に接続される複数の外部端子を有する等
の構造を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の積層
構造およびその製造方法に関し、LSIパッケージが積
層、実装される半導体装置の積層構造およびその製造方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の半導体装置の実装構造が
特開平7−235636号公報に開示されている。この
公報記載の半導体装置の実装構造では、積層したICパ
ッケージの外部リードを、樹脂部材で固定配置したリー
ドフレームにて接続する構造となっている。リードフレ
ームを樹脂部材で覆い、ICパッケージのリードが接続
される部分だけ樹脂に窓を開け、露出したリードフレー
ムにICパッケージのリード先端を突き当てて接続する
構造である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上述の従来技術では、
ICパッケージのリード先端をリードフレームへ突き当
てて接続する構造となっている。ICパッケージのリー
ド先端とリードフレームを接続する手段の記載が無い
が、半田による接続と推定する。この場合、まず半田付
けされる部分がICパッケージのリード先端部しかない
ため非常に小さい面積で半田付けすることとなり、強度
的にも弱く、半田付け信頼性に問題があると思われる。
また、ICパッケージのリード先端をリードフレームに
突き当てているので、リード先端の位置精度が高くなけ
れば完全接続の実現が困難である。
【0004】通常市販のICパッケージ、たとえば50
ピンのTSOP(Thin Small Out-line Package )では
2列に並ぶリード先端の公差が±0.2mmと大きく、
この公差を持つICパッケージをさらに数段積層した場
合、リード先端の平坦性はさらに悪くなり、リードフレ
ームへ突き当てて接続する構造では、リードフレームま
でICパッケージのリード先端が届かない箇所が発生す
る可能性が大きく、完全な接続の実現が難しい。さらに
ICパッケージのリード先端をリードフレームに突き当
てる構造では半田付けの状態が外観で確認することが不
可能であり、仮に半田付け不良を発見したとしても外部
から半田付け部の修正をすることは非常に困難である。
【0005】本発明の目的は、通常市販されているLS
Iパッケージ、例えばTSOP等を積層し、高信頼性構
造を実現することによって、高密度実装が可能な半導体
装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の半導体装置の積層構造は、両側に入出力端子
となるリードを有するLSIパッケージが多段積層され
た半導体装置の積層構造において、各LSIパッケージ
の各片側の各リードを挿入させるためのスルーホールの
列がLSIのパッケージの数と同じ段数だけ設けられた
2枚のキャリア基板であって、LSIパッケージ自身の
厚み方向に配置された複数のLSIパッケージの各両側
から、LSIパッケージのリードを、スルーホールに挿
入させるようにLSIパッケージを挟んだ2枚のキャリ
ア基板を有し、スルーホールの内壁には、リードと接続
するための導体部を有し、キャリア基板の下部には、導
体配線によりスルーホールの導体部に接続される複数の
外部端子を有する、ことを特徴としている。
【0007】なお、本積層構造は、さらに、2枚のキャ
リア基板の位置を保持するための固定バーが2枚のキャ
リア基板側端面間を結んで装着されたものであることが
好ましく、また、固定バーが導電性材料もしくは導体配
線を有することも好ましい。
【0008】そして、本発明の半導体装置の積層構造の
製造方法は、両側に入出力端子となるリードを有するL
SIパッケージが多段積層される半導体装置の積層構造
の製造方法において、各LSIパッケージの各片側のリ
ードを挿入させるスルーホールの列が複数段設けられた
2枚のキャリア基板が、LSIパッケージ自身の厚み方
向に配置された複数のLSIパッケージの各両側から、
LSIパッケージのリードを、スルーホールに挿入させ
るように挟み、各リードがスルーホールの内壁の導体部
に接続され、スルーホールの導体部が、導体配線によ
り、キャリア基板の下部の複数の外部端子に接続されて
成ることを特徴としている。
【0009】なお、本製造方法は、さらに、固定バー
が、2枚のキャリア基板の位置を保持するために、2枚
のキャリア基板側端面間を結んで装着されて成るもので
あることが好ましく、また、固定バーが導電性材料もし
くは導体配線を有することも好ましい。
【0010】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。
【0011】図1は、本発明の半導体装置の積層構造の
一実施形態例の斜視図、図2は、図1の一部断面を示す
A方向矢視正面図、図3は、図1のB方向矢視側面図、
図4(a)は、本実施形態例の製造方法の前半工程を示
す斜視図、(b)は、同じく後半工程を示す斜視図であ
る。
【0012】図1を参照すると、第一の実施の形態例
は、リード2を備え数段に積層されたたLSIパッケー
ジ1と、LSIパッケージ1のリード2の配置されてい
る両側に配置したキャリア基板10とを合む。
【0013】LSIパッケージ1は両側に等間隔でリー
ド2を配置するパッケージであり、キャリア基板10に
は積層されたLSIパッケージ1のリード2各々が挿入
されるスルーホール11が設けられている。キャリア基
板下部には配線基板100と接続されるためのキャリア
リード12が配置されており、キャリアリード12とキ
ャリア基板10のスルーホール11とはキャリア基板1
0内もしくは表層の配線にて電気的に接続されている。
【0014】図2は、本発明の正面図であるが、両側の
キャリア基板とその半田部分は縦断面を示す。図2は本
発明の一つの実施例としてLSIパッケージ1を4段積
層した構造である。LSIパッケージ1は両側に等間隔
でリード2を配置するSOP( Small Out-line Packag
e )タイプである。リード2の形状はLSIパッケージ
1の側面よりガルウイング状に成形されている。キャリ
ア基板10は導体配線を持つプリント配線基板であり、
積層するLSIパッケージ1のリード2と同数のスルー
ホール11が設けられ、スルーホール11の内壁にはメ
タライズ13が施されている。メタライズ13はプリン
ト基板製造工程にて施され、標準的でありかつ半田付け
性の良好な銅が望ましい。キャリア基板10のスルーホ
ール11にはLSIパッケージ1のリード2がスルーホ
ール11を貫通し、スルーホール11内のメタライズ1
3とリード2とが半田14にて電気的に接続され、また
機械的に固着されている。キャリア基板10下部にはパ
ッド15が設けられ、プリント配線基板(図示せず)に
搭載したときに接続するためのキャリアリード12がパ
ッド15に取り付けられている。パッド15とキャリア
リード12との接続は半田でよい。
【0015】図3の側面図に示されるように、キャリア
基板10に設けられたスルーホール11は、横方向に各
LSIパッケージ1のリード2と同じ個数設けられ、そ
して高さ方向に積層するLSIパッケージ1の積層数と
同じ列数設けられている。各スルーホール11にはLS
Iパッケージ1のリード2が挿入され、半田14にてス
ルーホール11のメタライズ13とリード2が接続され
ている。スルーホール11のメタライズ13は配線16
aによってキャリアリード12と電気的に接続されてい
る。配線16aが障害となって別の配線ができない場
合、キャリア基板10の内層もしくは裏面の配線16b
を設ける。また、メモリLSIのアドレス信号のように
各LSIパッケージにて共通に接続できる信号の場合は
配線16cのように最上段のLSIパッケージから下段
のLSIパッケージまで直列に配線すればよい。
【0016】LSIパッケージ1の具体例として、44
ピンTSOPを4段積層する場合を例に挙げる。44ピ
ンTSOPは片側22ピンであり、ピンピッチは0.8
mm,ひとつのピンの幅は0.4mm,厚みは0.15
mmとして考える。この場合キャリア基板10の一つの
スルーホール11開口部形状は幅0.5mm、高さ(厚
み方向)0.25mm程度が良い。ただし、長方形に穴
を開けるのは困難であるので、上述形状を目指す楕円形
状でも良い。
【0017】図4(b)にて示すスルーホール11の横
の並びは44ピンTSOPのピンピッチと対応するよう
に0.8mmピッチで配置する。キャリア基板10の高
さ方向のスルーホール11の配列であるが、44ピンT
SOPのモールド部厚みを1.1mmとした場合を考え
る。LSIパッケージ1を積層する際に隙間無く重ね合
わせると、TSOPの厚みのばらつきが積算され、下段
と上段のLSIパッケージ1のリード2の距離を一定に
保てない可能性が大きい。よってLSIパッケージ1の
積層するピッチ、すなわちキャリア基板10の高さ方向
のスルーホール11の配列ピッチは1.1mmを越える
大きさ、例えば1.5mm程度が望ましい。1.5mm
ピッチでLSIパッケージ1を積層した場合、各LSI
パッケージ間に0.4mmの隙間が確保できるので、各
LSIパッケージの冷却効果が得られるという利点もあ
る。
【0018】本発明の組立工程の前半を示す図4(a)
に示されるようにLSIパッケージ1が積層される。こ
のときLSIパッケージ1を直接積層せず、治具を用い
て等間隔に配置する。また各LSIパッケージ1の同じ
位置となるリード2が重なり合うように配置する。次
に、組み立て工程の後半を示す図4(b)に示されるよ
うに2枚のキャリア基板10をLSIパッケージ1のリ
ード2が並ぶ両側に配置し、リード2がキャリア基板1
0の各スルーホール11を貫通するように挿入される。
その後、スルーホール11から突き出たリード2をスル
ーホール11のメタライズ13に半田付けする。しか
し、各リード一つずつを半田付けすると大きな工数を要
する。そこで別の手段として、予めキャリア基板10の
スルーホール11内に半田クリームを充填しておき、L
SIパッケージ1のリード2を挿入後、加熱リフロー、
例えば熱風炉もしくはベーパフェイズリフロー等を行う
ことによりリード2とスルーホール11内のメタライズ
13を一括半田付けをすることができる。リード2とス
ルーホール11の半田付け確認は外観で容易に可能であ
り、仮に半田付け不良が発見された場合でも、半田鏝等
により容易に修正が可能である。
【0019】次に、本発明の半導体装置の積層構造の、
第2の実施形態例について説明する。
【0020】図5は、本発明の、固定バーを用いた第2
の実施形態例の斜視図である。
【0021】図5に示すように、本実施形態例は、LS
Iパッケージ1の両側を挟む2枚のキャリア基板10の
間隙を固定する固定バー20を取り付けた構造である。
第1の実施の形態のようにキャリア基板10のスルーホ
ール11内に半田クリームを充填し、LSIパッケージ
1のリード2を挿入後一括リフロー半田付けを行う場
合、2枚のキャリア基板10の位置を固定しながら行う
必要がある。一つの手段として治具等を使用する方法が
あるが、図5に示すように2枚のキャリア基板10の端
面の一部を固定する固定バー20を取り付けることによ
り、リフロー時にもキャリア基板10がLSIパッケー
ジ1から離れることなく半田付けが実現できる。固定バ
ー20の両端には、キャリア基板10を挟み込み固定で
きるように溝が設けられている。溝の幅はキャリア基板
10の厚みより若干狭くしておくことにより、嵌め込む
のみで固定が可能となり、製造工程も簡略化できる。ま
た、積層したLSIパッケージ1をキャリア基板10に
取り付け完了したものを、配線基板上に搭載し半田付け
リフローする場合にも、キャリア基板10のスルーホー
ル11部の半田が溶融することによってキャリア基板1
0が外れるのを固定バー20によって防ぐことが可能で
ある。固定バー20の材料としては、プリント基板と同
等の材料やモールド樹脂等を成形したものでよい。
【0022】また、固定バー20に導電性の金属材料を
用いることや、絶縁材料に導体配線等を施すことによ
り、2枚のキャリア基板10を電気的に接続することも
可能である。例えば、2枚のキャリア基板10の同一電
源電位を接続することによって、2枚のキャリア基板1
0間の電位差を小さくすることが可能となり、LSIパ
ッケージ1の動作の安定性を向上させることが実現でき
る。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、LSIパ
ッケージの片側の各リードを挿入させるためのスルーホ
ールの列がLSIのパッケージの数と同じ段数だけ設け
られた2枚のキャリア基板であって、LSIパッケージ
自身の厚み方向に配置された複数のLSIパッケージの
各両側から、LSIパッケージのリードを、スルーホー
ルに挿入させるようにLSIパッケージを挟んだ2枚の
キャリア基板を有し、スルーホールの内壁には、リード
と接続するための導体部を有し、キャリア基板の下部に
は、導体配線によりスルーホールの導体部に接続される
複数の外部端子を有する構造とし、スルーホールの内壁
の導体部とリードを接続することによって、高密度の半
導体装置を提供でき、リード自身の長さのばらつきは問
題にならず、また接続部の検査も外観から容易に可能で
あり、修理も容易に実現でき、かつ、積層状態を保持し
ながら扱うことが可能となり、また、2枚の電源電位を
同一にすることができ、LSIバッケージの動作安定性
を向上することが可能となる、半導体装置の積層構造お
よびその製造方法を提供できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体装置の積層構造の一実施形態例
の斜視図である。
【図2】図1の一部断面を示すA方向矢視正面図であ
る。
【図3】図1のB方向矢視側面図である。
【図4】(a)は、本実施形態例の製造方法の前半工程
を示す斜視図、(b)は、同じく後半工程を示す斜視図
である。
【図5】本発明の、固定バーを用いた第2の実施形態例
の斜視図である。
【符号の説明】
1 LSIパッケージ 2 リード 10 キャリア基板 11 スルーホール 12 キャリアリード 13 メタライズ 14 半田 15 パッド 16a,16b,16c 配線 20 固定バー 100 配線基板

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 両側に入出力端子となるリードを有する
    LSIパッケージが多段積層された半導体装置の積層構
    造において、 前記各LSIパッケージの各片側の各リードを挿入させ
    るためのスルーホールの列が前記LSIのパッケージの
    数と同じ段数だけ設けられた2枚のキャリア基板であっ
    て、LSIパッケージ自身の厚み方向に配置された複数
    のLSIパッケージの各両側から、前記LSIパッケー
    ジのリードを前記スルーホールに挿入させるように、前
    記LSIパッケージを挟んだ前記2枚のキャリア基板を
    有し、 前記スルーホールの内壁には、前記リードと接続するた
    めの導体部を有し、 前記キャリア基板の下部には、導体配線により前記スル
    ーホールの導体部に接続される複数の外部端子を有す
    る、ことを特徴とする半導体装置の積層構造。
  2. 【請求項2】 さらに、2枚のキャリア基板の位置を保
    持するための固定バーが前記2枚のキャリア基板側端面
    間を結んで装着された、請求項1記載の半導体装置の積
    層構造。
  3. 【請求項3】 固定バーが導電性材料もしくは導体配線
    を有する、請求項2記載の半導体装置の積層構造。
  4. 【請求項4】 両側に入出力端子となるリードを有する
    LSIパッケージが多段積層される半導体装置の積層構
    造の製造方法において、 前記各LSIパッケージの各片側のリードを挿入させる
    スルーホールの列が複数段設けられた2枚のキャリア基
    板が、LSIパッケージ自身の厚み方向に配置された複
    数のLSIパッケージの各両側から、前記LSIパッケ
    ージのリードを、前記スルーホールに挿入させるように
    挟み、 前記各リードが前記スルーホールの内壁の導体部に接続
    され、 前記スルーホールの導体部が、導体配線により、前記キ
    ャリア基板の下部の複数の外部端子に接続されて成るこ
    とを特徴とする、半導体装置の積層構造の製造方法。
  5. 【請求項5】 さらに、固定バーが、2枚のキャリア基
    板の位置を保持するために、前記2枚のキャリア基板側
    端面間を結んで装着されて成る、請求項4記載の半導体
    装置の積層構造の製造方法。
  6. 【請求項6】 固定バーが導電性材料もしくは導体配線
    を有する、請求項5記載の半導体装置の積層構造の製造
    方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US7834440B2 (en) * 2008-09-29 2010-11-16 Hitachi, Ltd. Semiconductor device with stacked memory and processor LSIs
CN113410193A (zh) * 2021-05-27 2021-09-17 力成科技(苏州)有限公司 一种8+1堆叠式芯片封装装置

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