JPH11163253A - 半導体チップの実装構造、半導体装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体チップの実装構造、半導体装置および半導体装置の製造方法

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JPH11163253A
JPH11163253A JP9331596A JP33159697A JPH11163253A JP H11163253 A JPH11163253 A JP H11163253A JP 9331596 A JP9331596 A JP 9331596A JP 33159697 A JP33159697 A JP 33159697A JP H11163253 A JPH11163253 A JP H11163253A
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semiconductor
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resin
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Kazutaka Shibata
和孝 柴田
Tsunemori Yamaguchi
恒守 山口
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Rohm Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 モールド樹脂4と剥離しない半導体チップ2
A〜2Cの実装構造、その半導体チップ2A〜2Cを有
する半導体装置Bを提供する。 【解決手段】 半導体装置Bは、半導体チップ2A〜2
Cおよび耐熱性フィルム2Dが重ねられ、モールド樹脂
4で覆われたものである。耐熱性フィルム2Dは、半導
体チップ2C、モールド樹脂4の両方に高い接着性を持
っている。モールド樹脂4と半導体チップ2Cとは、耐
熱性フィルム2Dを介してしっかり接着しているので、
モールド樹脂4が半導体チップ2Cから剥離するような
ことはない。このためモールド樹脂4が剥離して、剥離
面からクラックが発生するのを防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本願発明は、複数の半導体チ
ップをそれらの厚み方向に積み重ねたいわゆるチップ・
オン・チップと称される構造を用い、複数の半導体チッ
プを基板等に対して適切に実装するための技術に関す
る。
【0002】
【従来の技術】周知のとおり、複数の半導体チップを用
いて電子回路や半導体装置を製造する場合には、半導体
チップの実装密度を高めることによって、電子回路や半
導体装置全体の小型化を図ることが強く要請されること
がある。小型化を図るために複数の半導体チップを基板
上に平面的に配列しただけでは、その実装密度を高める
には一定の限界がある。また、複数の半導体チップをワ
ンチップ化することは、半導体チップの製造作業が煩雑
化するために、その製造コストが著しく高価となる。
【0003】このため、従来では、特開平2─7404
6号公報等に記載されている、チップ・オン・チップと
称される構造を用いることで、半導体装置等の小型化を
図っている。チップ・オン・チップとは、例えば図5に
示されるように、複数の半導体チップ9a〜9cを上下
に積み重ねた状態で基板90の表面に実装する構造であ
る。この構造によれば、基板表面における半導体チップ
の占有面積が小さくなり、半導体チップの実装密度を高
めるうえで有利となる。
【0004】チップ・オン・チップ構造の半導体チップ
をモールド樹脂でパッケージすることによって、種々の
半導体装置が得られる。図6は、チップ・オン・チップ
構造の半導体チップを有する半導体装置の一例を示す図
である。同図に示されるように、3つの半導体チップ2
A〜2CやワイヤWのボンディング箇所等は、モールド
樹脂4によって覆われている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記チ
ップ・オン・チップ構造の半導体チップを有する半導体
装置には、次のような現象が生じることがあった。
【0006】モールド樹脂には、機械的強度の高いエポ
キシ樹脂が用いられている。しかしながら、エポキシ樹
脂と、半導体チップの代表的な材料であるシリコンとの
密着性は大変低いので、半導体チップがモールド樹脂か
ら剥離することがある。図6に示される半導体装置のよ
うに、半導体チップ2Cの上部を覆うモールド樹脂4の
厚みが薄いときには、半導体装置に外部から応力が加わ
ったとき、モールド樹脂4の剥離面35にクラック40
が発生してしまうことがあった。モールド樹脂4で半導
体装置を成形する前、成形型内で半導体チップ2A〜2
Cの位置を微調節することでモールド樹脂4の厚みを一
定以上に保つことも考慮したが、半導体チップ2A〜2
Cが非常に小さいので、微調節は困難であった。
【0007】本願発明は、このような事情のもとで考え
出されたものであって、モールド樹脂と剥離しない半導
体チップの実装構造、その半導体チップを有する半導体
装置を提供することをその課題としている。
【0008】
【発明の開示】上記の課題を解決するため、本願発明で
は、次の技術的手段を講じている。
【0009】本願発明の第1の側面によって提供される
半導体チップの実装構造は、複数の半導体チップがそれ
らの厚み方向に重ねられている半導体チップの実装構造
であって、上記半導体チップの表面の一部または全部
に、耐熱性樹脂からなるフィルムまたはシートが接着し
ていることに特徴づけられる。
【0010】本願発明においては、耐熱性樹脂からなる
フィルムやシートが半導体チップの表面に接着してい
る。この耐熱性樹脂からなるフィルムは、上記半導体チ
ップをモールド樹脂で覆って半導体装置を製造するとき
に、モールド樹脂と半導体チップとの剥離を防止するも
のである。剥離が防止されることによって、モールド樹
脂の厚みが薄い部分に多少の圧力が加えられても、クラ
ックが発生することはない。
【0011】本願発明の実施の形態では、上記耐熱性樹
脂は、ポリイミドが好ましい。ポリイミドは、半導体チ
ップの代表的材料であるシリコンと接着性がよく、代表
的なモールド樹脂であるエポキシ樹脂とも接着性がよい
ものである。従って、半導体チップがモールド樹脂で覆
われたとき、ポリイミドは、モールド樹脂および半導体
チップにしっかり接着しており、両者が剥離するのを防
止することができる。
【0012】本願発明の第2の側面によって提供される
半導体装置は、上記に記載されている半導体チップの実
装構造を有する半導体装置であって、上記半導体チップ
はモールド樹脂によって覆われており、この半導体チッ
プの表面の一部または全部に接着している耐熱性樹脂か
らなるフィルムまたはシートは、上記モールド樹脂にも
接着していることに特徴づけられる。
【0013】本願発明では、耐熱性樹脂からなるフィル
ムまたはシートは、半導体チップの表面に接着してお
り、さらに、モールド樹脂にも接着している。すでに述
べたように、この耐熱性樹脂フィルムは、モールド樹脂
が半導体チップから剥離することを防止する。モールド
樹脂は、耐熱性樹脂からなるフィルムを介して半導体チ
ップにしっかり接着しているので、外部から多少の応力
が加えられてもクラックが発生することはない。従っ
て、本願発明の半導体装置は、長期に渡って高品質を維
持することができる。
【0014】本願発明の実施形態では、上記モールド樹
脂は、エポキシ樹脂であることが望ましい。エポキシ樹
脂は、強度的に優れた熱硬化性樹脂なので、半導体チッ
プをモールドするのに最適である。
【0015】本願発明の第3の側面によって提供される
半導体装置の製造方法は、複数の半導体チップをそれら
の厚み方向に重ねて半導体装置中間品とし、上記半導体
チップの表面の一部または全部に、耐熱性樹脂からなる
フィルムまたはシートを予め接着してから、半導体装置
中間品をモールド樹脂で覆ってパッケージすることに特
徴づけられる。
【0016】本願発明において、耐熱性樹脂からなるフ
ィルムまたはシートは、接着剤なしでも半導体チップの
表面に接着することができる。耐熱性樹脂からなるフィ
ルムを半導体チップの上にのせてから、熱を加えるだけ
で仮の接着が完了する。その後、モールド樹脂によるパ
ッケージによって、耐熱性樹脂からなるフィルムは、モ
ールド樹脂と半導体チップとに完全に接着する。このよ
うに、本願発明では、モールド樹脂にクラックが発生し
ないようにするために半導体装置中間品の位置を微調節
して、モールド樹脂の厚みを一定以上に保つことを考慮
する必要はない。
【0017】このように、本願発明では、モールド樹脂
と半導体チップとが、耐熱性フィルムを介して接着され
ている。この耐熱性フィルムの接着性は、モールド樹脂
に対しても、半導体チップに対しても良好である。この
ためモールド樹脂は、耐熱性フィルムを介して半導体チ
ップとしっかり接着されるので、半導体チップから剥離
することはない。モールド樹脂の厚みが薄い部分に応力
が加えられても、モールド樹脂と半導体チップとは耐熱
性フィルムを介して接着しているので、クラックが発生
することはない。従って、本願発明に係る半導体装置
は、長期に渡って品質を高く維持することができる。
【0018】上記耐熱性フィルムは、接着剤なしでも半
導体チップに接着する。このため、半導体チップをモー
ルドー樹脂で覆う直前に、この耐熱性フィルムを単に半
導体チップに圧着してやれば良く、半導体装置を効率よ
く製造することができる。
【0019】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、添付図面を参照して説明する。
【0020】図1は、本願発明に係る半導体チップの実
施構造を有する半導体装置中間品Aの一実施例を示す要
部断面図である。図2は、図1に示す半導体装置中間品
Aの分解斜視図である。
【0021】図1に示される半導体装置中間品Aは、3
つの半導体チップ2A,2B,2C、耐熱性フィルム2
Dのそれぞれを、それらの厚み方向である上下方向に重
ねた状態で基板1に接合し、かつそれら3つの半導体チ
ップ2A,2B,2Cのそれぞれに複数本のワイヤWを
介して、上記基板1の導電配線部10に接続した構造を
有している。本実施形態では、上記半導体チップ2A,
2B,2Cのうち、最下層の半導体チップ2Aを第1の
半導体チップ、中間層の半導体チップ2Bを第2の半導
体チップ、最上層の半導体チップ2Cを第3の半導体チ
ップと称している。
【0022】上記基板1は、薄肉の長尺帯状に形成され
た合成樹脂を基材とするフィルム状の基板である。基板
1の長手方向に延びる両側端部には、図2に示されるよ
うに、小径の孔11が一定ピッチ間隔で多数設けられて
いる。孔11は、基板1を所定の移送経路に沿って移送
するのに利用される。さらに、上記基板1には、この基
板1の厚み方向に貫通した開口孔12が複数設けられて
いる。これら複数の開口孔12は、一定間隔Laを隔て
て、隣り合う2つの開口孔12,12が基板1の長手方
向に適当な間隔で複数並ぶように設けられている。上記
各組の開口孔12,12の間には、それらの各組の開口
孔12,12を仕切る帯状の補助片部13が形成されて
いる。この補助片部13は、第1の半導体チップ2Aや
第2の半導体チップ2Bを基板1に接着するのに利用さ
れる。各開口孔12は、例えば基板1に打ち抜きプレス
加工を施すことによって形成されるものである。第3の
半導体チップ2Cの表面には、耐熱性フィルム2Dが接
着される。
【0023】上記基板1の表面のうち、開口孔12,1
2の両側方の2箇所の領域のそれぞれには、図1に示さ
れるように、導電配線部10が設けられている。これら
導電配線部10は、例えば銅箔等によって形成されてい
るが、それらの各一端には、ワイヤボンディング用のパ
ッド部18が設けられている。符号14で示される孔
は、後述する半導体装置を製造する工程において所定の
ハンダホールを導電配線部10に導通させるためのスル
ーホールとして利用される孔である。
【0024】上記半導体チップ2A〜2Cのそれぞれ
は、例えばLSIチップやその他ICチップとして構成
されたものであり、シリコンチップ上に所望の電子回路
を集積させて一体的に造り込んだものである。図1に示
されるように、第1の半導体チップ2Aは、その主面2
0Aが上向きとなる姿勢とされ、その主面20Aの一部
が接着剤層30を介して上記補助部13の下面に接着さ
れることにより基板1の下面側に実装されている。主面
20Aには、ワイヤボンディング用の電極21が設けら
れているが、これら複数の電極21は開口孔12に対向
しており、その上方が基板1によって覆われない状態と
なっている。このため、上記複数の電極21に対して
は、その上方からワイヤWの一端部をボンディング可能
である。電極21は、ワイヤボンディングに適するパッ
ド電極として形成されており、例えばアルミ製の電極と
されている。ただし、ワイヤWとの導電接続性を良好に
するために、表面に金メッキが施されているのが好まし
い。これは、他の半導体チップ2B,2Cの電極22,
23についても同様である。
【0025】第2の半導体チップ2Bは、電極22が形
成されている主面20Bが上向きとなる姿勢とされてお
り、その裏面が接着剤層31を介して上記補助片部13
の上面に接着されている。この第2の半導体チップ2B
は、第1の半導体チップ2Aよりもその横幅が小さいも
のであり、第1の半導体チップ2Aの電極21の上方を
覆わない位置に配置されている。
【0026】第3の半導体チップ2Cは、電極23が形
成されている主面20Cが上向きとなる姿勢とされてお
り、その裏面が接着剤層32を介して第2の半導体チッ
プ2Bの略中央部に接着されている。この第3の半導体
チップ2Cは、半導体チップ2Bよりもその横幅が小さ
いものであり、第2の半導体チップ2Bの電極22の上
方を覆わない位置に配置されている。
【0027】耐熱性フィルム2Dは、第3の半導体チッ
プ2Cと略同じ大きさであり、半導体チップ2Cの表面
に接着している。耐熱性フィルム2Dと半導体チップ2
Cとは、接着剤層を介することなく、直接接着してい
る。先ず、耐熱性フィルム2Dと半導体チップ2Cとに
熱をかけることによって両者2C,2Dを仮圧着し、後
に半導体装置を製造する際、モールド樹脂で半導体装置
を成形してやれば、耐熱性フィルム2Dは半導体チップ
2Cに完全に接着することになる。
【0028】半導体チップ2A〜2Cを基板1に接着す
る作業は、基板1を一定経路でその長手方向に移送させ
ながら、まず、その補助部片13の上下両面に接着剤を
塗布する。その後、チップマウント装置を用いて半導体
チップ2Aを補助部片13の下面に接触させ、接着剤層
31を介して接着させる。半導体チップ2B,2Cにつ
いては、予めこれら2つの半導体チップ2B,2Cどう
しを接着剤層32を介して接着させておいてから、これ
らをひとつに纏めて、補助部片13の上面にチップマウ
ント装置を用いて載置すればよい。半導体チップ2Bと
半導体チップ2Cとを予め接着させておけば、基板1へ
の半導体チップ2B,2Cの投入作業を同時に行うこと
ができ、その投入作業工程数を少なくできる。半導体チ
ップ2A〜2Cの接着が完了したら、耐熱性フィルム2
Dを半導体チップ2Cの表面に載置する。その後、熱を
加えることによって、耐熱性フィルム2Dは、半導体チ
ップ2Cに接着される。
【0029】図3は、図1に示された半導体装置中間品
Aを利用して製造された半導体装置Bの一実施例を示す
断面図である。図4は、その製造工程の一実施例を示す
断面図である。
【0030】図3に示す半導体装置Bを製造するには、
先ず、図4に示すように、半導体チップ2A〜2Cおよ
び耐熱性フィルム2DやワイヤWのボンディング箇所等
をモールド樹脂4によって覆う樹脂パッケージ作業を行
う。この樹脂パッケージ作業は、例えばトランスファ成
形によって行うことができる。モールド樹脂4として
は、例えば熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂を利用する
ことができる。パッケージ作業終了後は、基板1に設け
られている孔14の下面開口部にハンダボール5′を接
着剤を用いて接着させた後に、このハンダボール5′を
加熱溶融させてから再硬化させる。ハンダボール5′を
溶融させると、その一部が上記孔14内に流入して導電
配線部10と導通することになり、溶融後はそのハンダ
自体の表面張力により再度ボール状となる。ボール状に
なった半田は、図3に示されるように、導電配線部10
と導通する突起状の端子5となる。端子5を形成した後
には、基板1を適当な長さに切断する。
【0031】このような一連の製造工程によれば、図3
に示すように、半導体チップ2A〜2Cおよび耐熱性フ
ィルム2Dが重ねられた樹脂パッケージ型の半導体装置
Bが提供される。耐熱性フィルム2Dは、半導体チップ
2C、モールド樹脂4の両方に高い接着性を持つもので
ある。モールド樹脂4と半導体チップ2Cとは、耐熱性
フィルム2Dを介してしっかり接着しているので、モー
ルド樹脂4が半導体チップ2Cから剥離するようなこと
はない。このためモールド樹脂4が剥離して、その剥離
面からクラックが発生するのを防止することができる。
【0032】上記耐熱性フィルム2Dには、ポリイミド
フィルムがよく利用される。ポリイミドは耐熱性に優れ
ているだけではなく、代表的なモールド樹脂4であるエ
ポキシ樹脂、半導体チップ2A〜2Cの代表的な材料で
あるシリコンとの接着性に優れている。但し、耐熱性樹
脂はポリイミドに限定する必要はなく、エポキシ樹脂お
よびシリコンとの接着性に優れていれば、他の耐熱性樹
脂に置き換えることは可能である。
【0033】耐熱性フィルム2Dの代わりに、耐熱性シ
ートや耐熱性の皮膜を使用してもよい。エポキシ樹脂お
よびシリコンとの接着性に優れているものであれば、形
態にとらわれる必要はない。
【0034】上記実施例では、モールド樹脂4をエポキ
シ樹脂としているが、他の熱硬化性樹脂に置き換えるこ
とは可能である。モールド樹脂4は、強度的に優れたも
のであって、耐熱性フィルム2Dとの接着性に優れてい
れば他の熱硬化性樹脂であっても差し支えない。
【0035】次に、耐熱性フィルム2D、モールド樹脂
4および半導体チップ2Cの接着性を確認し、モールド
樹脂4にクラックが発生するか否かを調査するために、
上記操作に従って実際に半導体装置Bを製造した。以下
にその実施例を説明する。
【0036】〔実施例〕モールド樹脂4をエポキシ樹
脂、耐熱性フィルム2Dをポリイミドフィルムとし、シ
リコン材からなる半導体チップ2A〜2Cを用い、上記
操作に従い半導体装置Bを製造した。耐熱性フィルム2
D上部のモールド樹脂4の厚みは薄いものであったが、
モールド樹脂4は耐熱性フィルム2Dを介して半導体チ
ップ2Cとしっかり接着していた。モールド樹脂4に
は、クラックは発生してはいなかった。
【0037】〔比較例〕これに対して、耐熱性フィルム
2Dであるポリイミドフィルムを用いず、その他の条件
を実施例と同一にして半導体装置Bを製造した。半導体
チップ2Cとモールド樹脂4とは剥離しており、モール
ド樹脂4の剥離面からクラックが発生していた。
【0038】以上の結果から、半導体チップ2Cとモー
ルド樹脂4とを接着する際に、耐熱性フィルム2Dであ
るポリイミドフィルムを介してやれば、両者は剥離せ
ず、モールド樹脂4にクラックが発生するのを防止でき
ることが確認された。
【0039】以上、本願発明の実施例を説明したが、本
願発明はこれらに限定されずに、種々変形することが可
能である。
【0040】上記実施例では、耐熱性フィルム2Dを半
導体チップ2Cのみに接着しているが、他の半導体チッ
プ2A,2Bに接着しても構わない。耐熱性フィルム2
Dを半導体チップ2A,2Bにも接着することによっ
て、接着モールド樹脂4の剥離をより完全に防止するこ
とができる。
【0041】このように、本願発明は、特許請求の範囲
に含まれる限度内で種々の変形を施すことも可能であ
り、その中には各構成要素を均等物で置換したものも含
まれる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本願発明に係る半導体チップの実装構造を有す
る半導体装置中間品の一実施例を示す要部断面図であ
る。
【図2】図1に示される半導体装置中間品の分解斜視図
である。
【図3】図1に示された半導体装置中間品を利用して製
造された半導体装置の一実施例を示す断面図である。
【図4】図3に示される半導体装置の製造工程の一実施
例を示す断面図である。
【図5】従来の半導体チップの実装構造の一例を示す説
明図である。
【図6】従来の半導体装置の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
1 基板 2A 第1の半導体チップ 2B 第2の半導体チップ 2C 第3の半導体チップ 2D 耐熱性フィルム 10 導電配線部 18 パッド部 21 電極 22 電極 23 電極 W ワイヤ A 半導体装置中間品 B 半導体装置

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の半導体チップがそれらの厚み方向
    に重ねられている半導体チップの実装構造であって、上
    記半導体チップの表面の一部または全部に、耐熱性樹脂
    からなるフィルムまたはシートが接着していることを特
    徴とする、半導体チップの実装構造。
  2. 【請求項2】 上記耐熱性樹脂は、ポリイミドであるこ
    とを特徴とする、請求項1に記載の半導体チップの実装
    構造。
  3. 【請求項3】 請求項1または2に記載の半導体チップ
    の実装構造を有する半導体装置であって、 上記半導体チップはモールド樹脂によって覆われてお
    り、この半導体チップの表面の一部または全部に接着し
    ている耐熱性樹脂からなるフィルムまたはシートは、上
    記モールド樹脂にも接着していることを特徴とする、半
    導体装置。
  4. 【請求項4】 上記モールド樹脂は、エポキシ樹脂であ
    ることを特徴とする、請求項3に記載の半導体装置。
  5. 【請求項5】 複数の半導体チップをそれらの厚み方向
    に重ねて半導体装置中間品とし、上記半導体チップの表
    面の一部または全部に、耐熱性樹脂からなるフィルムま
    たはシートを予め接着してから、半導体装置中間品をモ
    ールド樹脂で覆ってパッケージすることを特徴とする、
    半導体装置の製造方法。
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