JPWO2017138121A1 - 半導体装置 - Google Patents

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Abstract

一実施の形態による半導体装置は、配線基板に搭載される第1半導体部品および第2半導体部品を有している。上記第1半導体部品は、外部との間で第1信号を伝送する第1端子、および上記第2半導体部品との間で第2信号を伝送する第2端子を有する。また、上記第2半導体部品は、上記第1半導体部品との間で上記第2信号を伝送する第3端子を有する。また、上記第1信号は上記第2信号より高い周波数で伝送される。また、上記第1半導体部品の上記第2端子と上記第2半導体部品の上記第3端子は、上記第1配線部材を介して電気的に接続されている。また、上記第1半導体部品の上記第1端子は、上記第1配線部材を介さず、かつ、第1バンプ電極を介して上記配線基板と電気的に接続されるものである。

Description

本発明は、半導体装置に関し、例えば、半導体チップなどの複数の半導体部品が配線部材を介して互いに電気的に接続された半導体装置に適用して有効な技術に関する。
特開2014−99591号公報(特許文献1)や、特開2014−179613号公報(特許文献2)には、二つの半導体チップがブリッジング・ブロック、あるいはブリッジと呼ばれる部材を介して電気的に接続された構造が記載されている。また、特開2003−345480号公報(特許文献3)には、二つの半導体チップが配線基板を介して電気的に接続された構造が記載されている。
特開2014−99591号公報 特開2014−179613号公報 特開2003−345480号公報
配線基板上に搭載された複数の半導体部品を、インタポーザなどの配線部材を介して互いに電気的に接続し、半導体部品間で信号伝送を行う技術がある。しかし、上記の技術を用いた半導体装置の性能を向上させる上で改善の余地がある。
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
一実施の形態による半導体装置は、配線基板に搭載される第1半導体部品および第2半導体部品を有している。上記第1半導体部品は、外部との間で第1信号を伝送する第1端子、および上記第2半導体部品との間で第2信号を伝送する第2端子を有する。また、上記第2半導体部品は、上記第1半導体部品との間で上記第2信号を伝送する第3端子を有する。また、上記第1信号は上記第2信号より高い周波数で伝送される。また、上記第1半導体部品の上記第2端子と上記第2半導体部品の上記第3端子は、上記第1配線部材を介して電気的に接続されている。また、上記第1半導体部品の上記第1端子は、上記第1配線部材を介さず、かつ、第1バンプ電極を介して上記配線基板と電気的に接続されるものである。
上記一実施の形態によれば、半導体装置の性能を向上させることができる。
一実施の形態である半導体装置の構成例を模式的に示す説明図である。 図1に示す半導体装置の上面図である。 図2に示す半導体装置の下面図である。 図2のA−A線に沿った断面図である。 図4に示す半導体部品とインタポーザとの接続部分の周辺を示す拡大断面図である。 図4に示す複数の半導体部品のうち、図5に示す半導体部品とは別の半導体部品とインタポーザとの接続部分の周辺を示す拡大断面図である。 図4に示す配線基板が備える複数の配線層のうちの一層の配線レイアウトの例を示す拡大平面図である。 図2に示す複数の半導体部品のそれぞれの主面側の端子配列の例を示す平面図である。 図4〜図6に示すインタポーザの上面側の例を示す平面図である。 図5および図6に示す半導体部品とインタポーザとを電気的に接続するバンプ電極の拡大断面図である。 図5および図6に示す半導体部品と配線基板とを電気的に接続するバンプ電極の拡大断面図である。 図1に対する変形例である半導体装置の構成例を模式的に示す説明図である。 図1に対する他の変形例である半導体装置の構成例を模式的に示す説明図である。 図13に示すメモリパッケージに接続されたインタポーザの周辺を拡大して示す説明図である。 図1に示すインタポーザの周辺を拡大して示す説明図である。 図15に対する変形例であるインタポーザの周辺を拡大して示す説明図である。 図5に対する変形例である半導体装置の半導体部品とインタポーザとの接続部分の周辺を示す拡大断面図である。 図5に対する他の変形例である半導体装置の半導体部品とインタポーザとの接続部分の周辺を示す拡大断面図である。 図5に対する他の変形例である半導体装置の半導体部品とインタポーザとの接続部分の周辺を示す拡大断面図である。 図1に対する他の変形例である半導体装置の構成例を模式的に示す説明図である。 図1に対する他の変形例である半導体装置の構成例を模式的に示す説明図である。 図1に対する他の変形例である半導体装置の構成例を模式的に示す説明図である。 図22に対する変形例である半導体装置の構成例を模式的に示す説明図である。 図4に対する変形例である半導体装置の構成例を模式的に示す説明図である。 図11に示す半導体部品と配線基板とを電気的に接続するバンプ電極に対する変形例を示す拡大断面図である。 図11に示す半導体部品と配線基板とを電気的に接続するバンプ電極に対する他の変形例を示す拡大断面図である。 図14に示すメモリパッケージに対する変形例を示す説明図である。 図1に対する検討例である半導体装置の構成を模式的に示す説明図である。
(本願における記載形式・基本的用語・用法の説明)
本願において、実施の態様の記載は、必要に応じて、便宜上複数のセクション等に分けて記載するが、特にそうでない旨明示した場合を除き、これらは相互に独立別個のものではなく、記載の前後を問わず、単一の例の各部分、一方が他方の一部詳細または一部または全部の変形例等である。また、原則として、同様の部分は繰り返しの説明を省略する。また、実施の態様における各構成要素は、特にそうでない旨明示した場合、理論的にその数に限定される場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、必須のものではない。
同様に実施の態様等の記載において、材料、組成等について、「AからなるX」等といっても、特にそうでない旨明示した場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、A以外の要素を含むものを排除するものではない。たとえば、成分についていえば、「Aを主要な成分として含むX」等の意味である。たとえば、「シリコン部材」等といっても、純粋なシリコンに限定されるものではなく、SiGe(シリコン・ゲルマニウム)合金やその他シリコンを主要な成分とする多元合金、その他の添加物等を含む部材も含むものであることはいうまでもない。また、金めっき、Cu層、ニッケル・めっき等といっても、そうでない旨、特に明示した場合を除き、純粋なものだけでなく、それぞれ金、Cu、ニッケル等を主要な成分とする部材を含むものとする。
さらに、特定の数値、数量に言及したときも、特にそうでない旨明示した場合、理論的にその数に限定される場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、その特定の数値を超える数値であってもよいし、その特定の数値未満の数値でもよい。
また、実施の形態の各図中において、同一または同様の部分は同一または類似の記号または参照番号で示し、説明は原則として繰り返さない。
また、添付図面においては、却って、煩雑になる場合または空隙との区別が明確である場合には、断面であってもハッチング等を省略する場合がある。これに関連して、説明等から明らかである場合等には、平面的に閉じた孔であっても、背景の輪郭線を省略する場合がある。更に、断面でなくとも、空隙でないことを明示するため、あるいは領域の境界を明示するために、ハッチングやドットパターンを付すことがある。
また、本願では、例えばシリコン(Si)などの半導体材料から成る半導体基板に集積回路を形成した後、複数の個片に分割することで得られる半導体部品を、半導体チップと呼ぶ。また、上記半導体チップ、上記半導体チップが搭載された基材(例えば、配線基板やリードフレーム)、および上記半導体チップと電気的に接続された複数の外部端子を有する半導体部品を、半導体パッケージと呼ぶ。また、半導体チップおよび半導体パッケージの事を、半導体部品または半導体装置と呼ぶ場合がある。半導体部品または半導体装置は、半導体チップおよび半導体パッケージの総称である。また、半導体部品または半導体装置には、複数の半導体部品が配線基板などの基材に搭載されたものも含まれる。例えば、以下の実施の形態では、複数の半導体部品が配線基板に搭載されたものを半導体装置と呼ぶ。したがって、以下の実施の形態において、半導体部品とは、半導体チップまたは半導体パッケージであることを意味する。
<複数の半導体部品が搭載された半導体装置について>
半導体装置の性能向上を図る取り組みには、例えば、データ処理速度の向上や、データ処理機能の多様化、あるいは、通信速度の向上などの取り組みが含まれる。また、半導体装置に対しては、小型化が要求されるので、性能向上を図る際には、性能向上に伴う装置の大型化を抑制する必要がある。
ここで、例えば一つの半導体チップに多くの機能を内蔵させる場合、半導体チップの実装面積が増大することにより、半導体装置の大型化の原因になる。また、一つの半導体チップに多くの機能(例えば多種類の回路や多くの回路)を内蔵させる場合、半導体チップの複数の機能のうちの一部の性能を向上させる際に、半導体チップ全体の設計を見直す必要があるので、開発に時間を要する。
一方、一つの半導体パッケージに複数の半導体部品が搭載されている構造の場合、複数の半導体部品のそれぞれが有する機能(回路ブロック)は単純化できる。このため、複数の半導体部品を内蔵させた場合であっても、結果的に半導体装置の大型化を抑制できる。また、半導体装置の複数の機能のうちの一部の性能を向上させる際には、性能向上の対象になる機能を有する半導体部品の設計を見直せば良いので、開発期間を短縮できる。
また、複数の半導体部品のそれぞれが備える回路(機能)を電気的に接続する場合、複数の半導体部品を互いに電気的に接続し、複数の半導体部品間で信号を伝送する必要がある。そこで、例えば後述する図1に示すインタポーザ40などの配線部材を介して複数の半導体部品を電気的に接続すれば、配線部材を介して信号を伝送することができる。
インタポーザ40などの配線部材は、半導体パッケージの基材となる配線基板(パッケージ基板)と比較して、多数の配線を高密度で形成できる。このため、複数の半導体部品がインタポーザを介して互いに電気的に接続されている場合、インタポーザを介在させることによる半導体装置の大型化を抑制できる。
ところが、インタポーザなどの配線部材は、多数の配線経路を高密度で実装できるが、複数の配線経路のそれぞれのインピーダンス特性が低下する。例えば、複数の配線経路のそれぞれの断面積は小さいので、配線抵抗が大きい。また例えば、複数の配線経路のそれぞれのインピーダンス値が配線構造による影響を受けやすくなるので、信号伝送経路の途中に、インピーダンス不連続点が生じやすい。したがって、インタポーザが備える配線経路で高周波信号を伝送する場合には、配線経路のインピーダンス特性に起因して、信号伝送できない場合がある。
以下、図1に示す本実施の形態の半導体装置PKG1と、図1に対する検討例である図28に示す半導体装置PKGh1について説明する。図1は、本実施の形態の半導体装置の構成例を模式的に示す説明図である。また、図28は、図1に対する検討例である半導体装置の構成を模式的に示す説明図である。
図1および図28では、半導体装置の構成例および回路構成例を判り易くしめすため、断面図であってもハッチングを省略している。また、半導体部品20および半導体部品30が有する回路を二点鎖線で模式的に示し、各回路に接続される信号伝送経路は、実線で示している。
また、図1および図28では、半導体装置が実装基板(マザーボード)MB1に搭載され、実装基板MB1を介して外部機器EX1や電位供給部PS1と接続された状態を模式的に示している。言い換えれば、図1に示す構成は、半導体装置PKG1が実装基板MB1に搭載され、実装基板MB1を介して外部機器EX1と電気的に接続された電子装置である。
また、図1および図28では、半導体装置PKG1(図28では半導体装置PKGh1)が有する多数の配線経路のうちの一部を代表的に示している。したがって、半導体装置PKG1(図28では半導体装置PKGh1)が有する配線経路の数は図1や図28に示す数以上であっても良い。
図1に示す半導体装置PKG1および半導体装置PKGh1(図28参照)のそれぞれは、パッケージ基板である配線基板10と、配線基板10の上面10t上に搭載される半導体部品20および半導体部品30と、半導体部品20と半導体部品30との間を電気的に接続する配線部材であるインタポーザ40(図28ではインタポーザ40h)と、を有している。インタポーザ(ブリッジチップ)40は、配線基板10を介さずに、半導体部品20と半導体部品30とを電気的に接続する複数の配線経路を備えた配線部材である。
また、半導体装置PKG1および半導体装置PKGh1(図28参照)のそれぞれは、外部機器EX1との間で信号伝送を行う外部インタフェース回路(外部入出力回路)SIF1と、コア回路(主回路)SCR1を備えている。コア回路SCR1には、データ信号に対して演算処理を施す演算処理回路(演算処理部)が含まれる。またコア回路SCR1には、演算処理回路以外の回路が含まれていても良い。
図1および図28に示す例では、半導体部品30がコア回路SCR1を備え、半導体部品20が外部インタフェース回路SIF1を備えている。また、半導体部品20および半導体部品30のそれぞれは、インタポーザ40を介して電気的に接続される内部インタフェース回路SIF2を有している。半導体部品30の内部インタフェース回路SIF2は、コア回路SCR1の演算処理回路と電気的に接続されている。また、半導体部品20の内部インタフェース回路SIF2は、外部インタフェース回路SIF1と電気的に接続されている。言い換えれば、半導体部品30が備えるコア回路SCR1の演算処理回路は、内部インタフェース回路SIF2および半導体部品30が備える外部インタフェース回路SIF1を介して外部機器EX1と電気的に接続されている。
また、半導体部品20と外部機器EX1との間を電気的に接続する信号伝送経路Lsg1では、シリアル通信方式で信号SG1が伝送される。言い換えれば、信号SG1は、シリアル通信方式用に構成されたシリアル信号である。一方、半導体部品20と半導体部品30との間を電気的に接続する信号伝送経路Lsg2では、パラレル通信方式で信号SG2が伝送される。言い換えれば、信号SG2は、パラレル通信方式用に構成されたパラレル信号である。
シリアル通信方式とは、信号伝送経路において、複数のビットで構成されるデータが1ビットずつ逐次的に伝送される通信方式である。一方、パラレル通信方式とは、複数の構成されるデータが複数の信号伝送経路を介して、ビット群として同時並行的に伝送される通信方式である。
半導体装置PKG1に要求されるデータ転送速度を固定して考えた場合、パラレル通信方式は、複数の信号伝送経路を介してデータを転送するので、シリアル通信方式と比較して複数の信号伝送経路のそれぞれの伝送速度(伝送周波数、動作クロック)を低く設定できる。また、パラレル通信方式は、シリアル通信方式と比較して、入出力回路の構造を単純化できる。このため、図1に示す信号SG2をパラレル通信方式で伝送する場合、内部インタフェース回路SIF2の構造を単純化できる。この場合、内部インタフェース回路SIF2の専有面積を低減できるので、半導体装置PKG1を小型化することができる。
ただし、パラレル通信方式は、シリアル通信方式と比較して、一般的に信号伝送距離の上限が短くなる。例えば、パラレル通信方式は、複数の信号伝送経路を介してデータを同時に転送するので、高速信号伝送で距離が長くなることにより、スキューが大きくなると同期が困難になる。また例えば、パラレル通信方式では、データ転送速度を規定する要因として、バス幅(信号伝送経路の数)がある。このため、パラレル通信方式の場合、多数の信号伝送経路を高密度で設けることになる。このように、多数の信号伝送経路が高密度で設けられた状態で、信号伝送距離を長くすると、並走する信号伝送経路間でのクロストークノイズの問題が生じる。
一方、シリアル通信方式の場合、入出力回路には、シリアル通信方式とパラレル通信方式とを変換する変換回路が必要になり、回路構造はパラレル通信方式よりも複雑になる。例えば、図1に示す半導体部品20の平面視において、外部インタフェース回路SIF1の専有面積は、内部インタフェース回路SIF2の専有面積より大きい。変換回路では、シリアル通信方式で入力された信号がパラレル通信方式に変換されて出力され、パラレル通信方式で入力された信号がシリアル通信方式に変換されて出力される。この変換回路は、SerDes(Serializer/Deserializer)と呼ばれる。
しかし、シリアル通信方式の場合、複数のビットで構成されるデータが1ビットずつ逐次的に伝送されるので、信号伝送距離が長くなってもスキューによる同期の問題は生じ難い。また、シリアル通信方式の場合、複数の信号伝送経路のそれぞれの伝送速度(伝送周波数、動作クロック)を高くすることで、データ転送速度を向上させるので、パラレル通信方式と比較して信号伝送経路の数を低減できる。このため、隣り合う信号伝送経路の間でのクロストークノイズの影響を低減するための対策を施し易い。例えば、信号伝送経路の周囲に固定電位が供給可能なシールド導体層を配置すれば、隣り合う信号伝送経路の間でのクロストークノイズの影響を低減できる。
上記の通り、パラレル通信方式とシリアル通信方式には、それぞれ長所があり、図1に示す信号伝送経路Lsg2など、信号伝送距離が短い部分では、パラレル通信方式を用いることで、半導体装置PKG1を小型化することができる。一方、信号伝送経路Lsg1のように半導体装置PKG1の外部との間で信号を伝送する部分では、信号伝送距離が相対的に長くなる。このため、信号伝送経路Lsg1には、シリアル通信方式を適用することで安定的に信号伝送することが可能になる。
例えば、半導体装置PKG1と外部機器EX1との間のデータ転送速度を1.05TB/s(テラビット毎秒)とした場合について考える。図1では、代表的に差動対の信号伝送経路Lsg1、および一本の信号伝送経路Lsg2を示している。差動対の信号伝送経路Lsg1の伝送速度を56Gbps(ギガビット毎秒)とした場合、150対の信号伝送経路Lsg1を設けることにより、1.05TB/sのデータ転送速度が実現できる。差動対の信号伝送経路Lsg1のそれぞれは、対になる二本の配線経路により構成される。したがって、送信用の信号伝送経路と受信用の信号伝送経路とを考慮すると、1.05TB/sを実現するために必要な端子の数は、150×2×2=600である。また、一つの信号伝送経路Lsg2の伝送速度を2Gbpsとした場合、4200本の信号伝送経路Lsg2を設けることにより、1.05TB/sのデータ転送速度が実現できる。
なお、例えば信号波形の1波長で2ビット分のデータを伝送する場合、伝送速度と周波数の関係は2対1になる。したがって、上記の例を周波数に換算すると、信号伝送経路Lsg1の伝送速度が56Gbpsの場合、信号SG1の信号波形の周波数は、28GHz(ギガヘルツ)になる。また、信号伝送経路Lsg2の伝送速度が2Gbpsの場合、信号SG1の信号波形の周波数は、1GHz(ギガヘルツ)になる。
上記のように、多くの信号伝送経路Lsg1を外部インタフェース回路SIF1に接続する場合、外部インタフェース回路SIF1の専有面積が増大する。このため、半導体部品30に全ての信号伝送経路Lsg1を接続する場合、コア回路SCR1と外部インタフェース回路SIF1とのレイアウト上の制約が大きくなり、半導体部品30の平面積(主面30tの面積)が大きくなる。しかし、本実施の形態のように、半導体部品20に多数の信号伝送経路Lsg1のうちの少なくとも一部を接続し、半導体部品30のコア回路SCR1が半導体部品20を介して外部と信号伝送する構造にすれば、半導体部品20および半導体部品30のそれぞれのレイアウトを単純化できる。
ここで、半導体部品20と半導体部品30とを電気的に接続する方法として、図28に示す半導体装置PKGh1のように、配線基板10上にインタポーザ40hを搭載し、インタポーザ40h上に半導体部品20と半導体部品30とを搭載する方法が考えられる。半導体装置PKGh1の場合、半導体部品20および半導体部品30の全体がインタポーザ40hに搭載されている。言い換えれば、半導体装置PKGh1が有する半導体部品20および半導体部品30のそれぞれは、インタポーザ40hを介して配線基板10と電気的に接続されている。
このため、半導体装置PKGh1の場合、シリアル通信方式で信号SG1が伝送される信号伝送経路Lsg1の一部分は、インタポーザ40hを通過する。インタポーザ40hは、パラレル通信方式で信号SG2が伝送される信号伝送経路Lsg2が形成される配線部材である。このため、インタポーザ40hでは、配線基板10と比較して断面積が小さい微細な配線が高密度で配置されている。言い換えれば、インタポーザ40hの配線設計において適用される設計ルールは、配線基板10の配線設計において適用される設計ルールと比較して、配線の厚さ、配線幅、および隣り合う配線間距離の設計基準値が小さい。例えば、図28に示す例では、信号伝送経路Lsg1の一部を構成する半導体部品20の端子PD1に接続されるバンプ電極BPh1の体積は、図1に示すバンプ電極(導電性部材)BP1の体積より小さく、バンプ電極(導電性部材)BP2やバンプ電極(導電性部材)BP3と同程度の体積である。
このため、インタポーザ40hが備える配線経路の配線抵抗は、配線基板10が備える配線経路の配線抵抗と比較して相対的に高い。このため、インタポーザ40hでは配線基板10と比較して、配線抵抗による信号の損失が発生し易い。また、複数の配線経路のそれぞれのインピーダンス値が配線構造による影響を受けやすくなるので、信号伝送経路の途中に、インピーダンス不連続点が生じやすい。そしてインピーダンス不連続点では、信号の反射に起因した伝送損失が発生する。
また、配線経路の断面積が小さい微細な配線経路を用いて信号伝送を行う場合の信号の損失の程度は、伝送される信号の波長、言い換えれば周波数に対応して変化する。すなわち、信号波長が長い低周波信号の場合、微細な配線経路を通過する際に生じる損失は少ない。一方、信号波長が短い高周波信号の場合、配線抵抗による損失やインピーダンス不連続点での反射の影響を受けやすいため、信号損失が大きくなる。つまり、図28に示す例では、相対的に伝送速度が速い(言い換えれば周波数が高い)信号SG1を伝送する信号伝送経路Lsg1がインタポーザ40hを通過する際に生じる信号損失は、信号SG2を伝送する信号伝送経路Lsg2がインタポーザ40hを通過する際に生じる信号損失より大きい。
信号損失が増大すると、信号波形の振幅が小さくなる。また、信号損失が増大すると、信号波形に歪が生じる。このため、信号を受信する側での信号波形が乱れ、通信の信頼性が低下する原因になる。
そこで、本実施の形態では、図1に示すように、信号SG1を伝送する信号伝送経路Lsg1が、インタポーザ40を介さずに半導体部品20の外部インタフェース回路SIF1と外部機器EX1との間を電気的に接続するように構成した。
すなわち、図1に示すように半導体装置PKG1が有する半導体部品20は、外部(外部機器EX1)との間で信号を伝送する端子PD1、および半導体部品30との間で信号SG2を伝送する端子PD2が配置された主面20tを備える。また、半導体装置PKG1が有する半導体部品30は、半導体部品20との間で信号SG2を伝送する端子PD3が配置された主面30tを備える。また、信号SG1は信号SG2より高い周波数(高い伝送速度)で伝送される。また、半導体部品20の端子PD1は、インタポーザ40を介さず、かつ、バンプ電極BP1を介して配線基板10と電気的に接続される。また、半導体部品20の端子PD2と半導体部品30の端子PD3は、インタポーザ40を介して電気的に接続されている。
本実施の形態によれば、シリアル通信方式を利用して高速(高周波)で信号SG1を伝送する信号伝送経路Lsg1がインタポーザ40を経由せず、バンプ電極BP1を介して配線基板10に接続されるので、高速伝送経路の信号損失を低減できる。一方、半導体部品20と半導体部品30の間で信号SG2を伝送する信号伝送経路Lsg2は、複数の配線が高密度で配置されるインタポーザ40を経由する。このため、パラレル通信方式を適用して信号伝送経路Lsg2の数が増加する場合でも、半導体装置PKG1の平面積の増加を抑制できる。
上記したように、信号伝送経路Lsg2の伝送速度は例えば2Gbps程度であり、信号SG2の信号波形の周波数は1GHz程度である。半導体部品20と半導体部品30の間を接続する程度の伝送距離で、1GHz程度の周波数の信号波形による信号伝送を行う場合、インタポーザ40を経由させても信号伝送の波形品質に与える影響は少ない。しかし、伝送速度が10GHz以上になると高周波帯域の伝送損失が増加し、また信号周期も短くなる。このため、タイミングマージンが無くなるので、波形品質の劣化を抑制する必要がある。例えば、シリアル通信方式であっても、周波数が1GHz程度であれば、インタポーザ40を介して信号を伝送することができる。一方、10GHz以上の周波数で信号伝送する信号伝送経路の場合には、図1に示すように、インタポーザ40を経由しない信号伝送経路Lsg1の構造とすることで、信号損失を大幅に低減することができ、インピーダンス不整合も抑制した良好な波形品質が得られる。
また、図1に示すように、半導体部品20の端子PD2と半導体部品30の端子PD3との離間距離は、半導体部品20の端子PD1と半導体部品30の端子PD3との離間距離より小さい。言い換えれば、平面視において、半導体部品20の端子PD2は、半導体部品20の端子PD1と半導体部品30の端子PD3との間に配置されている。この場合、インタポーザ40を介して信号SG2が伝送される信号伝送経路Lsg2の両端部である端子PD2と端子PD3の間の伝送距離を短くできる。上記したように、パラレル通信方式の場合、伝送距離が長くなると、スキューによる同期の問題、伝送損失増加の問題、あるいはクロストークノイズの問題が顕在化する。したがって、パラレル通信方式に係るこれらの課題を低減する観点からは、端子PD2と端子PD3の離間距離を小さくして、信号伝送経路Lsg2の伝送距離を短くすることが好ましい。
また、信号伝送経路Lsg2の伝送距離を短くする観点からは、以下の構成が好ましい。すなわち、図1に示すように、半導体部品20の端子PD2と半導体部品30の端子PD3との離間距離は、半導体部品20の端子PD1と端子PD2との離間距離より小さい。言い換えれば、平面視において、半導体部品20の端子PD2は、半導体部品20の端子PD1より半導体部品30の端子PD3に近い位置に配置されている。このように、半導体部品20の端子PD2と半導体部品30の端子PD3との離間距離は、半導体部品20の端子PD1と端子PD2との離間距離より小さくなる程度まで、信号伝送経路Lsg2の伝送距離を短くすれば、パラレル通信方式に係る上記課題を大幅に低減できる。
また、図1に示す例では、半導体部品20および半導体部品30のそれぞれと、インタポーザとはバンプ電極を介して電気的に接続されている。詳しくは、半導体部品20の端子PD2は、バンプ電極BP2を介してインタポーザ40と電気的に接続されている。また、半導体部品30の端子PD3はバンプ電極BP3を介してインタポーザ40と電気的に接続されている。バンプ電極BP2およびバンプ電極BP3のそれぞれは、後述するように、例えば半田ボール、あるいは柱状に形成された導電性部材である。このようにバンプ電極を介して配線部材と半導体部品とを電気的に接続する場合、半導体部品と配線部材の間の伝送距離が短くできる点で好ましい。
また、半導体部品20に接続される配線経路は、上記した信号伝送経路Lsg1や信号伝送経路Lsg2以外の伝送経路が接続されていても良い。例えば、図1に示す例では、半導体部品20には、接地電位VG1が供給可能な端子PD4および端子PD5が配置されている。半導体部品20には、外部(図1に示す例では電位供給部PS1)から接地電位VG1が供給可能な配線経路Lvg1、および半導体部品20と半導体部品30との間で接地電位VG1を伝送可能な配線経路Lvg2が接続されている。図1に示す例では、電位供給部PS1から端子PD4を介して外部インタフェース回路SIF1および内部インタフェース回路SIF2に接地電位VG1が供給可能である。また、端子PD5は内部インタフェース回路SIF2に接続されており、接地電位VG1は、内部インタフェース回路SIF2を介して端子PD5に供給される。
接地電位VG1が供給可能な配線経路Lvg1は、信号伝送経路Lsg1の信号波形に対する参照電位が伝送されるリファレンス経路として利用することができる。また、信号伝送経路Lsg1の周囲に接地電位が供給される配線経路Lvg1が配置されている場合、信号伝送経路Lsg1から発生するノイズ、あるいは信号伝送経路Lsg1に対するノイズの伝搬を抑制するシールド導体として利用することができる。
同様に、半導体部品30との間で接地電位VG1を伝送可能な配線経路Lvg2は、信号伝送経路Lsg2の信号波形に対する参照電位が伝送されるリファレンス経路として利用することができる。また、配線経路Lvg2は、信号伝送経路Lsg2から発生するノイズ、あるいは信号伝送経路Lsg2に対するノイズの伝搬を抑制するシールド導体として利用することができる。
また、半導体部品20の端子PD4は、インタポーザ40を介さず、かつ、バンプ電極BP4を介して配線基板10と電気的に接続される。また、半導体部品20の端子PD5は、バンプ電極BP5を介してインタポーザ40と電気的に接続されている。図1に示す例では、インタポーザ40の配線経路Lvg2は、半導体部品20を介して配線基板10と接続されており、配線基板10とは直接的には接続されていない。この場合、インタポーザ40の下面40b(後述する図5参照)側に端子を設けなくても良い。
ただし、インタポーザ40の配線経路Lvg2に接地電位VG1を供給する方法の変形例として、インタポーザ40と配線基板10との間、すなわちインタポーザ40の下面40b側に端子を設け、該端子を介して配線基板10と配線経路Lvg2とを直接的に接続しても良い。配線基板10と接続された端子から接地電位VG1を供給すれば、接地電位VG1の供給経路が増えるので、配線経路Lvg2の電位を安定化させることができる。
また、図1に示す例では、主面20tにおいて、半導体部品20の端子PD4は、端子PD1と端子PD2の間に配置されている。言い換えれば、外部との間で信号SG1を伝送する端子PD1は、端子PD2および端子PD4と比較してインタポーザ40から離れた位置に配置されている。図1に示す例では、信号伝送経路Lsg1は、半導体部品30から離れる方向に向かって引き出されている。これにより、多数の信号伝送経路Lsg1を配置するスペースを確保することができる。
一方、半導体部品20に接地電位VG1を供給する端子PD4が端子PD5の近くに配置されている場合、端子PD4を経由して端子PD5に接地電位VG1を供給する際に接地電位VG1の供給経路距離が短くなる。これにより、配線経路Lvg2の電位を安定させることができる。
ただし、配線経路Lvg1が、信号伝送経路Lsg1の信号波形に対する参照電位が伝送されるリファレンス経路として利用される場合、信号伝送経路Lsg1と、リファレンス経路としての配線経路Lvg1との離間距離が一定であることが好ましい。したがって、複数の端子PD4のうちの一部が複数の端子PD2の近傍に設けられていても良い。例えば、半導体部品20の主面20tに複数の端子PD1が設けられている場合、複数の端子PD1の間に複数の端子PD4のうちの一部が設けられていても良い。
また、図1に示す例では、半導体部品20の主面20tには、外部(図1に示す例では電位供給部PS1)から電源電位VD1が供給可能な端子PD6が配置されている。半導体部品20には、外部から電源電位VD1が供給可能な配線経路Lvd1が接続されている。半導体部品20の端子PD6は、インタポーザ40を介さず、かつ、バンプ電極BP6を介して配線基板10と電気的に接続される。
電源電位VD1は、例えば、半導体部品20の外部インタフェース回路SIF1、あるいは半導体部品20の内部インタフェース回路SIF2、あるいはこれらの両方を駆動する駆動電源用の電位である。図1に示すように、インタポーザ40を介さずに、配線基板10から直接的に電源電位VD1を供給することで、配線経路Lvd1のインピーダンスを低減することができるので、電源電位VD1を安定化させることができる。
また、図1に示す例では、主面20tにおいて、半導体部品20の端子PD6は、端子PD1と端子PD2の間に配置されている。言い換えれば、外部との間で信号SG1を伝送する端子PD1は、端子PD2および端子PD6と比較してインタポーザ40から離れた位置に配置されている。図1に示す例では、信号伝送経路Lsg1は、半導体部品30から離れる方向に向かって引き出されている。これにより、多数の信号伝送経路Lsg1を配置するスペースを確保することができる。
また、図1に示す例では、主面20tにおいて、半導体部品20の端子PD6は、端子PD1と端子PD4の間に配置されている。言い換えれば、半導体部品20に接地電位VG1を供給する端子PD4は、端子PD1および端子PD6と比較してインタポーザ40に接続される端子PD5に近い位置に配置されている。このように半導体部品20に電源電位VD1を供給する端子PD4が端子PD5の近くに配置されている場合、端子PD4を経由して端子PD5に接地電位VG1を供給する際に接地電位VG1の供給経路距離が短くなる。これにより、配線経路Lvg2の電位を安定させることができる。
また、半導体部品30のコア回路SCR1は、上記したように半導体部品20の外部インタフェース回路SIF1を介して外部と通信するので、半導体部品30がインタポーザ40を介さずに配線基板10と電気的に接続されているかどうかは限定されない。例えば、図1に示す例では、半導体部品30には、外部(図1に示す例では電位供給部PS1)から接地電位VG1が供給可能な端子PD7および電源電位VD2が供給可能な端子PD8が配置されている。半導体部品30には、外部から電源電位VD1が供給可能な配線経路Lvd2、および外部から電源電位VD2が供給可能な配線経路Lvd2が接続されている。半導体部品30の端子PD7は、インタポーザ40を介さず、かつ、バンプ電極BP7を介して配線基板10と電気的に接続される。また、半導体部品30の端子PD8は、インタポーザ40を介さず、かつ、バンプ電極BP8を介して配線基板10と電気的に接続される。電源電位VD2は、例えば、半導体部品30のコア回路SCR1、あるいは半導体部品30の内部インタフェース回路SIF2、あるいはこれらの両方を駆動する駆動電源用の電位である。図1に示すように、インタポーザ40を介さずに、配線基板10から電源電位VD2を直接的に供給することで、配線経路Lvd2のインピーダンスを低減することができるので、電源電位VD2を安定化させることができる。
また例えば、図1に対する変形例として、半導体部品30と配線基板10とを直接的に接続せず、電源電位VD2や接地電位VG1がインタポーザ40を介して供給されていても良い。
また、図1に示す例では、半導体部品は、インタポーザ40に接続され、かつ、接地電位VG1が供給可能な端子PD9が配置されている。端子PD9は、半導体部品20と半導体部品30との間で接地電位VG1を伝送可能な配線経路Lvg2の一部を構成する。半導体部品20と半導体部品30との間で接地電位VG1を伝送可能な配線経路Lvg2は、信号伝送経路Lsg2の信号波形に対する参照電位が伝送されるリファレンス経路として利用することができる。また、配線経路Lvg2は、信号伝送経路Lsg2から発生するノイズ、あるいは信号伝送経路Lsg2に対するノイズの伝搬を抑制するシールド導体として利用することができる。
<半導体装置の構造>
次に、図1に示す半導体装置PKG1の構造例について説明する。図2は図1に示す半導体装置の上面図、図3は、図2に示す半導体装置の下面図である。また、図4は、図2のA−A線に沿った断面図である。また、図5は、図4に示す半導体部品とインタポーザとの接続部分の周辺を示す拡大断面図である。図6は、図4に示す複数の半導体部品のうち、図5に示す半導体部品とは別の半導体部品とインタポーザとの接続部分の周辺を示す拡大断面図である。
図3以降の各平面図および断面図では、見易さのため、端子数を少なくして示している。しかし、端子の数は図3以降の各図に示す態様の他、種々の変形例がある。例えば、図3に示す半田ボール11の数は、図3に示す数より多くても良い。また例えば、図1を用いて説明したように、半導体部品20に150対の差動対の信号伝送経路Lsg1を設ける場合、信号SG1を伝送する端子PD1および半田ボール11は600個以上必要になる。さらに、4200本の信号伝送経路Lsg2を設ける場合、信号SG2を伝送する端子PD2は4200個以上必要になる。さらに、上記に加え、接地電位VG1が供給可能な端子PD4や電源電位VD1が供給可能な端子PD5をそれぞれ複数個ずつ設けても良い。また、図4では、配線基板10およびインタポーザ40のそれぞれが有する複数の配線のうちの一部を代表的に示している。
図2に示すように、本実施の形態の半導体装置PKG1が有する半導体部品20および半導体部品30は、それぞれ配線基板10の上面10t上に搭載されている。図2に示す例では、半導体部品20と半導体部品30は、それぞれ四角形を成し、平面視において互いに対向するように、並んで配置されている。また、図2に示す例では、配線基板10は平面視において四角形を成す。
図2や図4に示す例では、半導体部品20および半導体部品30は、例えばシリコンなどの半導体材料から成る半導体基板、半導体基板の主面に形成された複数の半導体素子、半導体基板の主面上に積層された配線層、および配線層を介して複数の半導体素子と電気的に接続されている複数の端子を備える半導体チップである。しかし、半導体部品20および半導体部品30は、半導体チップには限定されず、種々の変形例がある。例えば、複数の半導体チップが積層された半導体チップ積層体、あるいは、半導体チップが配線基板などの配線材に搭載された半導体パッケージを、図2や図4に示す半導体部品20、あるいは半導体部品30として用いても良い。また、変形例として後述する図13に示す半導体装置PKG3のように、半導体部品20および半導体部品30Bに加えて、半導体部品60をさらに有していても良い。
また、平面視において、半導体部品20と半導体部品30の間には、インタポーザ40が配置されている。詳しくは、半導体部品20と半導体部品30の間には、インタポーザ40のうちの一部分が配置されており、インタポーザ40の他の一部分は半導体部品20と重なり、インタポーザ40のさらに他の一部分は半導体部品30と重なっている。インタポーザ40と半導体部品20とが重なっている部分において、インタポーザ40と半導体部品20とが電気的に接続され、インタポーザ40と半導体部品30とが重なっている部分において、インタポーザ40と半導体部品30とが電気的に接続されている。
また、図2に示す例では、半導体部品20の平面積(裏面20bの面積)は、半導体部品30の平面積(裏面30bの面積)より小さい。図1を用いて説明したように、半導体部品30は、演算処理回路を含むコア回路SCR1を備えている。コア回路SCR1には、演算処理回路の他、半導体装置PKG1が備える機能を実行するために必要な様々な回路が含まれる。例えば、受信したデータや送信前のデータを一時的に記憶する記憶回路などを有していても良い。あるいは、半導体部品20の外部インタフェース回路SIF1とは別に、半導体部品20を介さずに外部との間で信号を伝送する外部インタフェース回路を有していても良い。また、様々な回路を駆動するための電力を供給する回路を有していても良い。このように、ある装置やシステムの動作に必要な回路が一つの半導体チップに集約して形成された半導体装置を、SoC(System on a Chip)と呼ぶ。半導体部品30のコア回路SCR1には、複数の回路が含まれているので、回路の専有面積が大きくなる。このため、図2に示す例では、半導体部品30の平面積が大きくなっている。
一方、半導体部品20には、外部インタフェース回路SIF1が形成されており、主に外部機器EX1と半導体部品20との間の信号伝送を中継する中継部品として機能する。接続される信号伝送経路Lsg1の数にもよるが、外部インタフェース回路SIF1の専有面積は、半導体部品30のコア回路SCR1の専有面積より小さい。このため、図2に示す例では、半導体部品20の平面積は半導体部品30の平面積より小さくなっている。
ただし、半導体部品20および半導体部品30の平面積には種々の変形例がある。例えば、半導体部品20にコア回路SCR1を形成しても良い。この場合、半導体部品20の平面積が大きくなる。また、半導体部品30に必要な回路の種類が少ない場合、半導体部品30の平面積を小さくすることができる。このような場合、半導体部品20および半導体部品30のそれぞれの平面積が同じになる場合もある。あるいは、半導体部品20の平面積の方が半導体部品30の平面積より大きくなる場合もある。
また、図2に示す例では、インタポーザ40の平面積は、半導体部品20の平面積および半導体部品30の平面積より小さい。上記したように、パラレル通信方式の場合、半導体部品20と半導体部品30とを接続する信号伝送経路Lsg2(図1参照)の伝送経路距離を短くすることが好ましい。図2に示すようにインタポーザ40の平面積が小さい場合、半導体部品20と半導体部品30とを接続する配線経路の経路距離が短くなる。したがって、信号伝送距離を短くする観点からは、インタポーザ40の平面積は、半導体部品20の平面積および半導体部品30の平面積より小さいことが好ましい。
ただし、インタポーザ40の平面積には、インタポーザ40に形成される信号伝送経路の数やレイアウトに応じて種々の変形例がある。例えば、配線を引き回すスペースが増大すれば、インタポーザ40の平面積が大きくなる場合もある。この場合、インタポーザ40の平面積が半導体部品20や半導体装置30の平面積よりも大きくなる場合もある。インタポーザ40の平面積が半導体部品20や半導体装置30の平面積よりも大きい場合でも、半導体部品20が、平面視において、インタポーザ40と重ならない部分を有していることが好ましい。
また、図4に示すように、半導体部品20と配線基板10とは、複数のバンプ電極(導電性部材)51を介して電気的に接続されている。複数のバンプ電極51のそれぞれは、半導体部品20と配線基板10とを電気的に接続する導電性部材であって、半導体部品20と配線基板10の間に配置されている。複数のバンプ電極51には、図1に示す端子PD1に接続されるバンプ電極BP1が含まれる。また、複数のバンプ電極51には、図1に示す端子PD4に接続されるバンプ電極BP4が含まれる。また、複数のバンプ電極51には、図1に示す端子PD6に接続されるバンプ電極BP6が含まれる。
また、半導体部品30と配線基板10とは、複数のバンプ電極(導電性部材)52を介して電気的に接続されている。複数のバンプ電極52のそれぞれは、半導体部品30と配線基板10とを電気的に接続する導電性部材であって、半導体部品30と配線基板10の間に配置されている。また、複数のバンプ電極52には、図1に示す端子PD7に接続されるバンプ電極BP7が含まれる。また、複数のバンプ電極53には、図1に示す端子PD8に接続されるバンプ電極BP8が含まれる。
本実施の形態では、半導体部品20は、半導体部品20の主面20tと配線基板10の上面10tとが対向した状態で、所謂フェイスダウン実装方式により配線基板10上に搭載されている。また、半導体部品30は、半導体部品30の主面30tと配線基板10の上面10tとが対向した状態で、所謂フェイスダウン実装方式により配線基板10上に搭載されている。また、図4に示すバンプ電極51およびバンプ電極52のそれぞれは、例えば、半田ボール、あるいは柱状に形成された金属部材である。バンプ電極51やバンプ電極52は、半導体部品20、30と配線基板10との間の狭い隙間(例えば100μm程度)に狭ピッチ(例えば中心間距離が150μm〜200μm程度)で配列することができる。
図4に示す例では、互いに対向するように配置されている半導体部品20の端子21と配線基板10のボンディングパッド16とは、バンプ電極51を介して電気的に接続されている。また、互いに対向するように配置されている半導体部品の端子31と配線基板10のボンディングパッド16とは、バンプ電極52を介して電気的に接続されている。このように互いに対向した端子間を、バンプ電極を介して電気的に接続する方法をフリップチップ接続方式と呼ぶ。
また、図4に示すように、半導体部品20とインタポーザ40、および半導体部品30とインタポーザ40のそれぞれは、複数のバンプ電極(導電性部材)53を介して電気的に接続されている。複数のバンプ電極53のそれぞれは、インタポーザ40と、半導体部品20または半導体部品30を電気的に接続する導電性部材であって、インタポーザ40と半導体部品20の間、およびインタポーザ40と半導体部品30の間に、それぞれ配置されている。複数のバンプ電極53には、図1に示す端子PD2に接続されるバンプ電極BP2が含まれる。また、複数のバンプ電極53には、図1に示す端子PD3に接続されるバンプ電極BP3が含まれる。また、複数のバンプ電極53には、図1に示す端子PD5に接続されるバンプ電極BP5が含まれる。また、バンプ電極53は、半田ボール、あるいは柱状に形成された金属部材である。
本実施の形態では、半導体部品20とインタポーザ40、および半導体部品30とインタポーザ40は、それぞれフリップチップ接続方式により電気的に接続さている。すなわち、図5に示すように、互いに対向するように配置されている半導体部品20の端子22とインタポーザ40のボンディングパッド(端子、中継基板端子)41とは、バンプ電極53を介して電気的に接続されている。また、図6に示すように、互いに対向するように配置されている半導体部品の端子32とインタポーザ40のボンディングパッド(端子、中継基板端子)42とは、バンプ電極53を介して電気的に接続されている。なお、インタポーザ40が有する複数のボンディングパッド(端子、中継基板端子)のうち、図5に示すように半導体部品20と厚さ方向に重なる位置に配置されるものをボンディングパッド41と呼び、図6に示すように、半導体部品30と厚さ方向に重なる位置に配置されるものをボンディングパッド42と呼ぶ。
また、図5に示すボンディングパッド41と図6に示すボンディングパッド42とは、インタポーザ40が有する配線43を介して互いに電気的に接続されている。つまり、図4に示す半導体部品20と半導体部品30は、インタポーザ40の配線43を介して電気的に接続されている。
また、本実施の形態では、厚さ方向(すなわち、配線基板10の上面10tに直交するZ方向)において、インタポーザ40は、半導体部品20と配線基板10との間に位置する部分、および半導体部品30と配線基板10との間に位置する部分を有している。また、図5に示すように、インタポーザ40の下面40bと配線基板10の上面10tとの間には隙間が空いており、隙間には、樹脂体55が配置されている。このように、半導体部品20、30と配線基板10との間にインタポーザ40の一部分が配置されている場合、バンプ電極53の高さ(図4に示すZ方向の長さ)は、バンプ電極51およびバンプ電極52の高さ(図4に示すZ方向の長さ)より小さい。例えば、バンプ電極51およびバンプ電極52のそれぞれの高さ(厚さ)は、100μm程度である。一方、複数のバンプ電極53のそれぞれの高さ(厚さ)は、30μm程度である。
また、複数のバンプ電極53のそれぞれは、図1を用いて説明した信号伝送経路Lsg2の一部を構成するので、多数のバンプ電極53が高密度で配置される。複数のバンプ電極53のそれぞれは、例えば中心間距離が10μm〜30μm程度のピッチで配列されている。このため、バンプ電極53の幅、すなわち図5および図6に示すZ方向に直交するX方向における長さは、5μm〜20μm程度である。このため、バンプ電極53の体積は、バンプ電極51(図5参照)およびバンプ電極52(図6参照)の体積より小さい。
また、図4に示すように、複数のバンプ電極51、複数のバンプ電極52、および複数のバンプ電極53のそれぞれは、樹脂体により封止されている。詳しくは、本実施の形態では、複数のバンプ電極51および複数のバンプ電極52のそれぞれは、樹脂体55により封止されている。また、複数のバンプ電極53のそれぞれは、樹脂体55とは別の樹脂体56により封止されている。樹脂体55および樹脂体56のそれぞれは、バンプ電極51、バンプ電極52、およびバンプ電極53より弾性が低い。
このため、例えば、半導体装置PKG1に温度サイクル負荷が印加された場合に、バンプ電極51、バンプ電極52、またはバンプ電極53の近傍に生じる応力が、樹脂体55または樹脂体56により緩和される。言い換えれば、樹脂体55および樹脂体56は、バンプ電極51、バンプ電極52、およびバンプ電極53のいずれかに対して応力集中が生じることを抑制する応力緩和層として機能する。そして、バンプ電極51、バンプ電極52、およびバンプ電極53のいずれかに対して応力集中が生じることを抑制することにより、図1を用いて説明した信号伝送経路Lsg1や信号伝送経路Lsg2の特性劣化、あるいは断線を抑制できる。つまり、本実施の形態によれば、信号伝送経路を構成する複数のバンプ電極のそれぞれを樹脂で封止することにより、信号伝送経路の信頼性を向上させることができる。
また、本実施の形態では、バンプ電極51およびバンプ電極52を封止する樹脂体55とは別の樹脂体56によりバンプ電極53を封止している。樹脂体55および樹脂体56は、例えば構成成分が互いに相違する。あるいは、樹脂体55および樹脂体56は、例えば成分の混合割合が互いに相違する。あるいは、樹脂体55および樹脂体56は、例えば形成されたタイミングが異なり、樹脂体55と樹脂体56との間に、図5や図6に示すような境界面56sが形成されている。あるいは、樹脂体55および樹脂体56は、上記した相違点のうちの複数の相違点を有していても良い。また、本実施の形態に対する変形例としては、樹脂体55と56は同一の樹脂材料であっても良い。
図4に示すように、バンプ電極53は、高さや体積がバンプ電極51およびバンプ電極52とは異なる。このため、バンプ電極53を樹脂封止するための条件と、バンプ電極51およびバンプ電極52を樹脂封止するための条件とが異なっている。このため、本実施の形態のように、バンプ電極51およびバンプ電極52を封止する樹脂体55とは別の樹脂体56によりバンプ電極53が封止されていれば、樹脂体55および樹脂体56の上記した応力緩和機能を最適化することができる。
<各部品の構成>
次に、半導体装置PKG1を構成する主な部品の詳細な構造について順に説明する。図7は、図4に示す配線基板が備える複数の配線層のうちの一層の配線レイアウトの例を示す拡大平面図である。図8は、図2に示す複数の半導体部品のそれぞれの主面側の端子配列の例を示す平面図である。図8では、半導体部品20および半導体部品30とインタポーザ40との位置関係を示すため、インタポーザ40の輪郭を二点鎖線で示している。また、図9は、図4〜図6に示すインタポーザの上面側の例を示す平面図である。図9では、図5および図6に示す配線層M2や配線層M3に配置されている複数の配線43を二点鎖線で示している。
<配線基板>
図4に示すように、半導体装置PKG1の配線基板10は、上面(面、チップ搭載面)10tの反対側に位置する下面(面、実装面)10bを備える。図3に示すように、半導体装置PKG1の実装面である配線基板10の下面10bには、半導体装置PKG1の外部端子である複数の半田ボール(外部端子)11が、行列状(アレイ状、マトリクス状)に配置されている。複数の半田ボール11のそれぞれは、ランド(外部端子)12(図4参照)に接続されている。
半導体装置PKG1のように、実装面側に、複数の外部端子(半田ボール11、ランド12)が行列状に配置された半導体装置を、エリアアレイ型の半導体装置と呼ぶ。エリアアレイ型の半導体装置PKG1は、配線基板10の実装面(下面10b)側を、外部端子の配置スペースとして有効活用することができるので、外部端子数が増大しても半導体装置PKG1の実装面積の増大を抑制することが出来る点で好ましい。つまり、高機能化、高集積化に伴って、外部端子数が増大する半導体装置PKG1を省スペースで実装することができる。
また、図4に示すように、配線基板10は、上面10tと下面10bの間に配置された側面10sを有する。配線基板10は、半導体装置PKG1と実装基板MB1(図1参照)との間で、電気信号や電位(電源電位、基準電位、あるいは接地電位)を伝送する複数の配線経路を備える基板である。配線基板10は、上面10t側と下面10b側を電気的に接続する複数の配線層(図4に示す例では8層)を有する。各配線層に設けられた、複数の配線13は、複数の配線13間、および隣り合う配線層間を絶縁する絶縁層14に覆われている。
図4に示す配線基板10は、積層された複数の配線層を備える、所謂、多層配線基板である。図4に示す例では、配線基板10は上面10t側から順に、配線層L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7、および配線層L8の合計8層の配線層を備える。複数の配線層のそれぞれは、配線13などの導体パターンを有し、隣り合う導体パターンは、絶縁層14により覆われている。ただし、配線基板10が備える配線層の数は、図4に示す例に限定されず、例えば、8層よりも少なくても良いし、8層よりも多くても良い。
また、図4に示す例では、配線基板10は、コア層(コア材、コア絶縁層、絶縁層)14cを基材として、コア層14cの上面および下面にそれぞれ複数の配線層が積層された構造になっている。コア層14cは、配線基板10の基材となる絶縁層であって、例えば、ガラス繊維などの繊維材にエポキシ樹脂などの樹脂材を含浸させた絶縁材料から成る。また、コア層14cの上面および下面のそれぞれに積層される絶縁層14は、例えば熱硬化性樹脂などの有機絶縁材料から成る。また、コア層14cの上面および下面に積層される複数の配線層は、例えばビルドアップ工法により形成される。ただし、図4に対する変形例として、コア層14cを有していない、所謂、コアレス基板を用いても良い。
また、配線基板10は、各配線層の間に設けられ、積層された配線層を厚さ方向に接続する層間導電路であるビア配線15VW、およびコア層14cを厚さ方向に貫通する導電路であるスルーホール配線15TWを有する。変形例として上記したようにコアレス基板を用いる場合には、スルーホール配線15TWは有していなくても良い。また、配線基板10の上面10tには、複数のボンディングパッド(基板端子、半導体部品接続用端子)16が形成されている。
配線基板10が有する複数の配線層のうち、最上層の配線層(最も上面10t側の配線層L1)に設けられた配線13は、ボンディングパッド16と一体に形成されている。言い換えれば、ボンディングパッド16は配線13の一部と考えることができる。また、ボンディングパッド16と配線13を区別して考える場合には、配線基板10の上面10tにおいて、絶縁膜17から露出する部分をボンディングパッド16、絶縁膜17に覆われる部分を配線13として定義することができる。
また、配線基板10の下面10bには、複数のランド(外部端子、半田ボール接続用パッド)12が形成されている。複数のランド12のそれぞれには、半田ボール11が接続されており、図1に示す実装基板MB1と半導体装置PKG1とは、図4に示す半田ボール11を介して電気的に接続される。すなわち、複数の半田ボール11は、半導体装置PKG1の外部接続端子として機能する。
これら複数の半田ボール11および複数のランド12は、配線基板10の複数の配線13を介して、上面10t側の複数のボンディングパッド16と電気的に接続されている。なお、配線基板10が有する複数の配線層のうち、最下層の配線層(最も下面10b側の配線層)に設けられた配線13は、ランド12と一体に形成されている。言い換えれば、ランド12は配線13の一部と考えることができる。また、ランド12と配線13を区別して考える場合には、配線基板10の下面10bにおいて、絶縁膜17から露出する部分をランド12、絶縁膜17に覆われる部分を配線13として定義することができる。
また、図4に対する変形例として、ランド12自身を外部接続端子として機能させる場合もある。この場合、ランド12に半田ボール11は接続されず、複数のランド12のそれぞれは、配線基板10の下面10bにおいて、絶縁膜17から露出する。また、図4に対する別の変形例として、ボール形状の半田ボール11に代えて、薄い半田膜を接続し、この半田膜を外部接続端子として機能させる場合もある。あるいは、露出面に例えばメッキ法により形成された金(Au)膜を形成し、この金膜を外部接続端子とする場合もある。さらに、外部接続端子をピン状(棒状)に形成する場合もある。
また、配線基板10の上面10tおよび下面10bは、絶縁膜(ソルダレジスト膜)17により覆われている。配線基板10の上面10tに形成された配線13は絶縁膜17に覆われている。絶縁膜17には開口部が形成され、この開口部において、複数のボンディングパッド16の少なくとも一部(ボンディング領域)が絶縁膜17から露出している。また、配線基板10の下面10bに形成された配線13は絶縁膜17に覆われている。絶縁膜17には開口部が形成され、この開口部において、複数のランド12の少なくとも一部(半田ボール11との接合部)が絶縁膜17から露出している。
また、本実施の形態では、図1に示す信号伝送経路Lsg1には、差動信号が伝送される。差動信号は、対を成す二本の配線経路に、互いに反対の位相の信号が伝送される。図7に示すように、信号伝送経路Lsg1は、差動対を成す差動信号伝送経路DSpおよび差動信号伝送経路DSnにより構成される。差動対を構成する差動信号伝送経路DSpおよび差動信号伝送経路DSnは、できる限り等間隔であることが好ましい。このため、差動信号伝送経路DSpおよび差動信号伝送経路DSnのそれぞれを構成する配線13は、互いに沿うように延びている。また、差動対を構成する差動信号伝送経路DSpおよび差動信号伝送経路DSnの配線経路距離は等長化することが好ましい。このため、差動信号伝送経路DSpおよび差動信号伝送経路DSnのそれぞれを構成するビア配線15VWおよび配線13のそれぞれは、差動信号伝送経路DSpと差動信号伝送経路DSnの経路距離が等距離になるようにレイアウトされている。
また、図7に示す例では、信号伝送経路Lsg1を構成する導体パターン(配線13およびビア配線15VW)の周囲は、平面視において、接地電位VG1が供給可能な配線経路Lvg1に囲まれている。配線経路Lvg1は配線13よりも面積が大きい、導体パターンである、導体プレーン13Pにより構成されている。このように、信号伝送経路Lsg1の周囲に接地電位が供給される配線経路Lvg1の一部である導体プレーン13Pは、信号伝送経路Lsg1から発生するノイズ、あるいは信号伝送経路Lsg1に対するノイズの伝搬を抑制するシールド導体として利用することができる。また、信号伝送経路Lsg1の配線経路に沿って、信号伝送経路Lsg1の周囲に接地電位が供給される配線経路Lvg1が設けられている。このため、信号伝送経路Lsg1の周囲に接地電位が供給される配線経路Lvg1の一部である導体プレーン13Pは、信号伝送経路Lsg1の信号波形に対する参照電位が伝送されるリファレンス経路として利用することができる。
<半導体部品>
図5に示すように、半導体部品20は、主面23tを有する半導体基板(基材)23と、主面23tと主面20tとの間に配置された配線層24とを有する。また、図6に示すように、半導体部品30は、主面33tを有する半導体基板(基材)33と、主面33tと主面30tとの間に配置された配線層34とを有する。なお、図5および図6では、見易さのため、一層の配線層24、34を示しているが、配線層24、34には、インタポーザ40の配線層M1、M2、M3と同程度以下の厚さを備える複数の配線層が積層されている。また、見易さのために図示は省略するが、複数の配線層24、34のそれぞれには、複数の配線が形成されている。また、複数の配線は、複数の配線間、および隣り合う配線層間を絶縁する絶縁層に覆われている。絶縁層は、例えば、酸化珪素(SiO)などの半導体材料の酸化物から成る、無機絶縁層である。
また、複数の半導体部品20、30のそれぞれが備える半導体基板23、33の主面23t、33tには、例えばトランジスタ素子、あるいはダイオード素子などの、複数の半導体素子が形成されている。図5に示す半導体部品20では、複数の半導体素子は、配線層24の複数の配線を介して主面20t側に形成された複数の端子21および複数の端子22と電気的に接続されている。また、図6に示す半導体部品30では、複数の半導体素子は、配線層34の複数の配線を介して主面30t側に形成された複数の端子31および複数の端子32と電気的に接続されている。
また、図5に示す半導体部品20の配線層24上には、複数の端子(電極、部品電極、パッド)21および複数の端子(電極、部品電極、パッド)22が形成されている。複数の端子21のそれぞれは、バンプ電極51を介して配線基板10のボンディングパッド16と電気的に接続される端子である。また複数の端子22のそれぞれはバンプ電極53を介してインタポーザ40のボンディングパッド41と電気的に接続される端子である。複数の端子21および複数の端子22のそれぞれの一部分は、半導体部品20の主面20tにおいて、保護絶縁膜であるパッシベーション膜25から露出している。バンプ電極51は、端子21のうち、パッシベーション膜25から露出する部分に接合されている。
また、図6に示す半導体部品30の配線層34上には、複数の端子(電極、部品電極、パッド)31および複数の端子(電極、部品電極、パッド)32が形成されている。複数の端子31のそれぞれは、バンプ電極52を介して配線基板10のボンディングパッド16と電気的に接続される端子である。また複数の端子32のそれぞれはバンプ電極53を介してインタポーザ40のボンディングパッド42と電気的に接続される端子である。複数の端子31および複数の端子32のそれぞれの一部分は、半導体部品30の主面30tにおいて、保護絶縁膜であるパッシベーション膜35から露出している。バンプ電極52は、端子31のうち、パッシベーション膜35から露出する部分に接合されている。
図8に示すように、複数の端子22のそれぞれは、複数の端子21より、半導体部品30の端子32に近い位置に配置されている。また、複数の端子32のそれぞれは、複数の端子31より、半導体部品20の端子22に近い位置に配置されている。インタポーザ40を介して電気的に接続される端子22と端子32の離間距離を小さくすることで、インタポーザ40内での伝送経路距離を低減できる。
図8に示す例では、半導体部品20が有する複数の端子21には、図1を用いて説明した端子PD1、端子PD4、および端子PD6がそれぞれ複数個ずつ含まれる。また、半導体部品20が有する複数の端子22には、図1を用いて説明した端子PD2および端子PD5がそれぞれ複数個ずつ含まれる。また、半導体部品30が有する複数の端子31には、図1を用いて説明した端子PD7、および端子PD8がそれぞれ複数個ずつ含まれる。また、半導体部品30が有する複数の端子32には、図1を用いて説明した複数の端子PD2が含まれる。
端子PD1は、外部(図1に示す外部機器EX1)との間で信号を伝送する端子である。複数の端子PD1は、図8に示すように、半導体部品20の主面20tにおいて、半導体部品30、あるいはインタポーザ40までの距離が、他の端子と比較して相対的に遠くなる位置に配置されている。言い換えれば、半導体部品20の主面20tは、半導体部品30と対向する辺20s1および辺20s1の反対側の辺20s2を有し、複数の端子PD1のそれぞれは、辺20s1より辺20s2の近くに配置されている。これにより、図1を用いて説明した通り、複数の端子PD1のそれぞれに接続される信号伝送経路Lsg1を配置するスペースが確保されるので、信号伝送経路Lsg1の配線レイアウトが容易になる。
また、端子PD2は、半導体部品30との間で信号を伝送する端子である。複数の端子PD2は、図8に示すように、半導体部品20の主面20tにおいて、半導体部品30までの距離が、他の端子と比較して相対的に近くなる位置に配置されている。言い換えれば、複数の端子PD1のそれぞれは、半導体部品20の主面20tの辺20s2より辺20s1の近くに配置されている。図8に示す例では、平面視において、複数の端子PD2のそれぞれは、半導体部品20の複数の端子PD1と、半導体部品30の複数の端子PD3との間に配置されている。これにより、図1を用いて説明した通り、複数の端子PD2のそれぞれに接続される信号伝送経路Lsg2の伝送距離を短くすることができる。そして、パラレル通信方式で信号が伝送される信号伝送経路Lsg2の伝送距離を短くすることで、スキューによる同期の問題、伝送損失増加の問題、あるいはクロストークノイズの問題などを抑制できる。
また、図8に示す例では、平面視において、半導体部品20の複数の端子PD2のそれぞれは、半導体部品20の複数の端子PD1より半導体部品20の複数の端子PD3に近い位置に配置されている。半導体部品20の端子PD2と半導体部品30の端子PD3との離間距離が小さくなる程、図1に示す信号伝送経路Lsg2の伝送距離を短くすることができる。そして、信号伝送経路Lsg2の伝送距離を短くすることで、スキューによる同期の問題、伝送損失増加の問題、あるいはクロストークノイズの問題などを抑制できる。
また端子PD4および端子PD5のそれぞれは、接地電位VG1が供給可能な端子である。図8に示す例では、平面視において、複数の端子PD4のそれぞれは、複数の端子PD1と複数の端子PD5の間に配置されている。図1を用いて説明したように、半導体部品20に接地電位VG1を供給する端子PD4が端子PD5の近くに配置されている場合、端子PD4を経由して端子PD5に接地電位VG1を供給する際に接地電位VG1の供給経路距離が短くなる。これにより、配線経路Lvg2の電位を安定させることができる。
ただし、図1を用いて説明したように、配線経路Lvg1が、信号伝送経路Lsg1の信号波形に対する参照電位が伝送されるリファレンス経路として利用される場合、信号伝送経路Lsg1と、リファレンス経路としての配線経路Lvg1との離間距離が一定であることが好ましい。したがって、複数の端子PD4のうちの一部が複数の端子PD2の近傍に設けられていても良い。例えば、半導体部品20の主面20tに複数の端子PD1が設けられている場合、複数の端子PD1の間に複数の端子PD4のうちの一部が設けられていても良い。
また、図8に示す例では、半導体部品20の主面20tにおいて、辺20s2側からX方向に沿って、順に、複数の端子PD5および複数の端子PD2が配置されている。この場合、複数の端子PD2を辺20s1に近づけて配置できるので、図1に示す信号伝送経路Lsg2の伝送距離を短くできる。
ただし、図1に示す配線経路Lvg2が、信号伝送経路Lsg2の信号波形に対する参照電位が伝送されるリファレンス経路として利用される場合、信号伝送経路Lsg2と、リファレンス経路としての配線経路Lvg2との離間距離が一定であることが好ましい。したがって、複数の端子PD5のうちの一部が複数の端子PD2の近傍に設けられていても良い。例えば、半導体部品20の主面20tに複数の端子PD2が設けられている場合、複数の端子PD2の間に複数の端子PD5のうちの一部が設けられていても良い。
また、端子PD6は、電源電位VD1が供給可能な端子である。図8に示す例では、平面視において、半導体部品20の複数の端子PD6は、複数の端子PD1と複数の端子PD2の間に配置されている。このように、複数の端子PD6が複数の端子PD1と複数の端子PD2の間に配置されている場合、主面20tの辺20s2側には端子PD1を優先的に配置でき、主面20tの辺20s1側には端子PD2を優先的に配置できる。
また、図8に示す例では、平面視において、半導体部品20の複数の端子PD6は、複数の端子PD1と複数の端子PD4の間に配置されている。図1を用いて説明したように半導体部品20に電源電位VD1を供給する端子PD4が端子PD5の近くに配置されている場合、端子PD4を経由して端子PD5に接地電位VG1を供給する際に接地電位VG1の供給経路距離が短くなる。これにより、配線経路Lvg2の電位を安定させることができる。
なお、図8では、端子21、端子22、端子31、および端子32のそれぞれの配列について例示的に示している。図4に示すように、バンプ電極51は端子21と対向する位置に接続される。また、バンプ電極52は端子31と対向する位置に接続される。また、バンプ電極53は、端子22(図5参照)または端子32(図6参照)と対向する位置に接続される。したがって、図8に示す端子21、端子22、端子31、および端子32のレイアウトは、図4に示すバンプ電極51、バンプ電極52、およびバンプ電極53の平面視におけるレイアウトと見做すことができる。
<インタポーザ>
図4に示すように、インタポーザ40は、半導体部品20に接続される複数のボンディングパッド41(図5参照)および半導体部品30に接続される複数のボンディングパッド42(図6参照)が配置された上面(面、中継端子配置面)40t、上面40tとは反対側の下面(面、裏面)40b、および上面40tと下面40bの間に配置された側面40s(図5および図6参照)を有する。また、インタポーザ40は、図2および図8に示すように平面視において四角形の外形形状を成す。
図5および図6に示すように、インタポーザ40は、主面44tを有する半導体基板(基材)44と、主面44tと上面40tとの間に配置された複数の配線層とを有する。図5および図6に示す例では、インタポーザ40は上面40t側から順に、配線層M1、M2、および配線層M3の合計3層の配線層を備える。ただし、インタポーザ40が備える配線層の数は、図5に示す例に限定されず、例えば、3層よりも少なくても良いし、3層より多くても良い。
複数の配線層のそれぞれは、配線43などの複数の導体パターンを有し、導体パターンのそれぞれは、複数の配線間、および隣り合う配線層間を絶縁する絶縁層45により覆われている。絶縁層45は、例えば、酸化珪素(SiO)などの半導体材料の酸化物から成る、無機絶縁層である。また、複数の配線層のうち、最上層(上面40tに最も近い層)に設けられた配線層M1には、複数のボンディングパッド41(図5参照)および複数のボンディングパッド42(図6参照)が配置されている。配線層M1は、絶縁層45上に設けられ、保護絶縁膜であるパッシベーション膜46に覆われている。
図9に示すように、複数のボンディングパッド41および複数のボンディングパッド42のそれぞれの一部分は、パッシベーション膜46に形成された開口部においてパッシベーション膜46から露出している。図5および図6に示すバンプ電極52は、ボンディングパッド41(図5参照)およびボンディングパッド42(図6参照)のそれぞれにおいて、パッシベーション膜46から露出する部分に接合されている。
また、複数のボンディングパッド41と複数のボンディングパッド42とは、複数の配線43を介してそれぞれ電気的に接続されている。複数のボンディングパッド41、複数のボンディングパッド42およびこれらを電気的に接続する複数の配線43により構成される、複数の配線経路には、図1を用いて説明した複数の信号伝送経路Lsg2が含まれる。また、複数のボンディングパッド41、複数のボンディングパッド42およびこれらを電気的に接続する複数の配線43により構成される、複数の配線経路には、図1を用いて説明した配線経路Lvg2が含まれる。
本実施の形態のように、半導体基板44の主面44t上に設けた配線層に複数の導体パターンを形成する技術は、半導体ウエハに集積回路を形成する技術を利用できるので、複数の配線43の配線幅や配置間隔を容易に小さくすることができる。また、半導体ウエハを利用してインタポーザ40を形成すれば、多数のインタポーザ40を一括して製造できるので、製造効率が良い。
<バンプ電極>
図10は、図5および図6に示す半導体部品とインタポーザとを電気的に接続するバンプ電極の拡大断面図である。また、図11は、図5および図6に示す半導体部品と配線基板とを電気的に接続するバンプ電極の拡大断面図である。
本実施の形態の例では、図4に示すバンプ電極51、バンプ電極52、およびバンプ電極53のうち、半導体部品20または半導体部品30と、インタポーザ40とを電気的に接続するバンプ電極53は、例えば、図10に示すように、導体柱53Aと、半田層53Bとを有している。導体柱53Aは、例えば銅(Cu)やニッケル(Ni)などの金属材料を主成分とするバンプ電極53の一部分であって、ピラーバンプと呼ばれる。導体柱53Aの幅(主面20tまたは主面30tの延在方向に沿った平面方向(図10ではX方向)における長さ)は、導体柱53Aの高さ(平面方向に直交する厚さ方向(図10ではZ方向)の長さ)より小さい。導体柱53Aは、例えば図示しないマスクに形成された開口部内に導体を成膜、めっき、あるいは印刷等の方法により形成される。このため、例えば、半導体ウエハに集積回路を形成する際に利用するフォトリソグラフィ技術を利用すれば、狭い配置間隔で多数の導体柱53Aを形成できる。
また、半田層53Bは、導体柱53Aと接続対象の端子(図10では、端子22または端子23)とを電気的に接続する導電性の接続部材であって、導体柱53Aの上面53tおよび下面53bのうち、少なくとも一方に接続されている。図10に示す例では、半田層53Bは、導体柱53Aの上面53tに接合され、導体柱53Aの下面53bは、ボンディングパッド41(またはボンディングパッド42)に接合されている。インタポーザ40にバンプ電極53を形成した後、インタポーザ40に形成されたバンプ電極53と半導体部品20(または半導体部品30)とを接続すると、図10に示す形状になる。
また、バンプ電極53の構造には、種々の変形例が適用可能である。例えば、半田層53Bが、導体柱53Aの下面53bに接合され、導体柱53Aの上面53tが、端子22(または端子32)に接合されていても良い。また、例えば、図11に示すバンプ電極51、52のように、バンプ電極53が半田材料により形成されていても良い。
また、本実施の形態の例では、図4に示すバンプ電極51、バンプ電極52、およびバンプ電極53のうち、半導体部品20または半導体部品30と、配線基板10とを電気的に接続するバンプ電極51およびバンプ電極52は、例えば、図11に示すように、ボール状に形成された半田材料から成る。半田材料から成るバンプ電極51およびバンプ電極52は、半田ボールと呼ばれる。
半田ボールで形成されたバンプ電極51およびバンプ電極52は、導体柱53Aと比較して、加熱した時に変形し易い特性を備えている。このため、複数の端子21と複数のボンディングパッド16との離間距離にバラつきがあっても、半田ボールが変形することで、複数の端子21と複数のボンディングパッド16のそれぞれを接続させることができる。言い換えれば、半田ボールから成るバンプ電極は、導体柱からなるバンプ電極と比較して、複数の端子間距離にバラつきに対する許容マージンが大きい。本実施の形態では、図5および図6に示すように、厚さ方向において、半導体部品20と配線基板10の間、および半導体部品30と配線基板10の間、のそれぞれに、インタポーザ40の一部分が配置されている。このため、図11に示す端子21とボンディングパッド16の離間距離、あるいは端子31とボンディングパッド16の離間距離は、インタポーザ40の厚さよりは大きく。そして、端子間の離間距離が大きくなると、複数の端子間距離にバラつきが生じやすいので、半田ボールから成るバンプ電極51およびバンプ電極52を介して、半導体部品20または半導体部品30と、配線基板10とを電気的に接続する方法が有効である。
ただし、バンプ電極51およびバンプ電極52の構造には、種々の変形例が適用可能である。例えば、図10に示すバンプ電極53と同様に、導体柱53Aと半田層53Bとを備えた構造にしても良い。この場合、半田ボールを利用する場合と比較して、多数のバンプ電極51、52を小さい配置間隔で配列できる。このため、バンプ電極51およびバンプ電極52の数を増やしても、半導体装置PKG1(図4参照)の大型化を抑制できる。
<変形例>
本実施の形態では、実施の形態の説明中にも複数の変形例について説明したが、以下では、上記以外の変形例について説明する。
<変形例1>
図12は、図1に対する変形例である半導体装置の構成例を模式的に示す説明図である。図12に示す半導体装置PKG2は、図1に示す半導体部品30に対する変形例である半導体部品30Aが、コア回路SCR1に加えて、外部インタフェース回路SIF3を有している点で、図1に示す半導体装置PKG1と相違する。
図1では、半導体部品30のコア回路SCR1に含まれる演算処理回路が、半導体部品20の外部インタフェース回路SIF1を介して外部と通信する例について説明した。しかし、図12に示す半導体装置PKG2のように、半導体部品30Aが外部インタフェース回路SIF3を備えていても良い。例えば、コア回路SCR1には演算処理回路を含む複数の回路が含まれているので、複数の演算処理回路を備えていても良い。この場合、図12に示すように、複数のコア回路SCR1が備える複数の演算処理回路のうちの一部は、半導体部品30Aの主面30tに配置された端子PD9を介して、外部(図1に示す例では外部機器EX2)との間で信号SG3を伝送しても良い。
信号伝送経路Lsg3を利用して外部機器EX2と外部インタフェース回路SIF3との間で信号SG3を伝送する方式は、信号伝送経路Lsg1と同様に、シリアル通信方式が好ましい。この場合、信号SG3は信号SG2より高い周波数(高い伝送速度)で伝送される。したがって、また、半導体部品30Aの端子PD9は、インタポーザ40を介さず、かつ、バンプ電極BP9を介して配線基板10と電気的に接続される。ことが好ましい。これにより、高速伝送経路である信号伝送経路Lsg3での信号損失を低減できる。
また、信号伝送経路Lsg3の数が増加すると、外部インタフェース回路SIF3の専有面積が増加することになり、半導体部品30の面積が増大する。したがって、半導体装置PKG2に複数の信号伝送経路Lsg1と複数の信号伝送経路Lsg3とが接続されている場合、信号伝送経路Lsg3の数は信号伝送経路Lsg1の数より少ないことが好ましい。言い換えれば、半導体部品20の主面20tに複数の端子PD1が配置され、半導体部品30Aの主面30tに複数の端子PD9が配置されている場合、端子PD9の数は端子PD1の数より少ないことが好ましい。これにより、半導体装置PKG2の大型化を抑制できる。
図12に示す半導体装置PKG2は、上記した相違点以外は図1〜図11を用いて説明した半導体装置PKG1と同様である。また、図12に示す半導体部品30Aは、上記した相違点を除き、図1〜図11を用いて説明した半導体部品30と同様である。このため、上記相違点以外は、上記半導体部品30を半導体部品30Aに置き換えて適用可能であり、上記半導体装置PKG1を半導体装置PKG2に置き換えて適用可能なので、重複する説明は省略する。
<変形例2>
また、図1では、配線基板10に搭載される半導体部品の数が2個の場合の実施態様について説明したが、配線基板10上に搭載される半導体部品の数は、3個以上でも良い。例えば、図13に示す半導体装置PKG3は、配線基板10の上面10t上には、半導体部品20、半導体部品30Bおよび半導体部品60が搭載されている。図13は、図1に対する他の変形例である半導体装置の構成例を模式的に示す説明図である。また、図14は、図13に示すメモリパッケージに接続されたインタポーザの周辺を拡大して示す説明図である。
図13に示す例では、半導体部品60は、メモリ回路(主記憶回路)を備えるメモリパッケージであり、半導体部品30Bは、上記メモリ回路を制御する制御回路を備えている。制御回路は、例えば図13に示すコア回路SCR1に含まれている。
また、本実施の形態の例では、半導体部品60および半導体部品30Bのそれぞれは、インタポーザ40と同様の配線部材であるインタポーザ40Aを介して電気的に接続されている。言い換えれば、半導体装置PKG3は、半導体部品30Bと半導体部品60との間で信号を伝送することによって動作するシステムを備えている。
半導体部品60は、半導体部品30Bとの間で通信するデータを記憶するメモリ回路(主記憶回路、記憶回路)SME1を備えている。また、半導体部品30Bには、半導体部品60の主記憶回路の動作を制御する制御回路を備えている。また、半導体部品30Bは、入力されたデータ信号に対して演算処理を行う、演算処理回路を備えている。図13では、一例として演算処理回路や制御回路などの主要な回路を、コア回路SCR1として示している。ただし、コア回路SCR1に含まれる回路は、上記以外の回路が含まれていても良い。例えば、半導体部品30Bには、例えば一次的にデータを記憶するキャッシュメモリなど、半導体部品60の主記憶回路よりも記憶容量が小さい補助記憶回路(記憶回路)が形成されていても良い。
また、半導体部品30Bは、半導体部品20との間で信号SG2を伝送する内部インタフェース回路SIF2の他、半導体部品60との間で信号SG4を伝送する内部インタフェース回路SIF4を備えている。また半導体部品60は、メモリ回路SME1の他、半導体部品30Bとの間で信号SG4を伝送する内部インタフェース回路SIF4を備えている。半導体部品30Bの制御回路は、内部インタフェース回路SIF4、および内部インタフェース回路SIF4に接続されるインタポーザ40A(詳しくはインタポーザ40Aが備える複数の信号伝送経路Lsg4)を介して、半導体部品60との間で信号を伝送することができる。
図13に示すメモリ回路SME1を半導体部品30Bのコア回路SCR1に形成することもできるが、メモリ回路SME1を半導体部品30Bとは別の半導体部品60に形成すれば、以下の点で好ましい。すなわち、メモリ回路SME1は記憶容量に比例して専有面積が大きくなる。このため、半導体部品30Bにメモリ回路SME1を形成する場合、必要な記憶容量に応じて半導体部品30Bの平面積(主面30tの面積)が大きく変化する。一方、半導体装置PKG3のように、半導体部品60にメモリ回路SME1が形成された構成の場合、半導体部品30Bの平面積は、システムに必要な記憶容量によらず、ほぼ一定にすることができる。また、メモリ回路SME1が形成された半導体部品60は、メモリ回路SME1、内部インタフェース回路SIF4、電源回路の他には、例えば演算処理回路のような複雑な回路を有していない。この場合、メモリ回路SME1のレイアウトの自由度が高いので、記憶容量に比例した半導体部品60の平面積(主面60tの面積)の増大を抑制できる。例えば、図27に示す半導体部品61のように、メモリ回路SME1をそれぞれ有するメモリチップMCが複数枚積層された構造の場合、半導体部品61の平面積の増大を抑制しつつ、かつ、記憶容量を大きくできる。図27は、図14に示すメモリパッケージに対する変形例を示す説明図である。
信号伝送経路Lsg4は、信号伝送経路Lsg2と同様に、例えばパラレル通信方式により信号SG4を伝送する配線経路である。このため、インタポーザ40Aはインタポーザ40と同様の構造にすることができる。図13および図14に示す例では、半導体部品30Bの主面30tには、半導体部品20(図13参照)との間で信号SG2(図13参照)を伝送する端子PD3(図13参照)の他、半導体部品60との間で信号SG4を伝送する端子PD10(図14参照)が配置されている。また、図14に示すように、半導体部品60は、半導体部品30Bとの間で信号SG4を伝送する端子PD11が配置された主面60tを有している。
また、半導体部品60に接続される配線経路は、信号伝送経路Lsg4以外の伝送経路が接続されていても良い。例えば、図14に示す例では、半導体部品60の主面60tには、接地電位VG1が供給可能な端子PD12および端子PD13が配置されている。半導体部品60には、外部(図14に示す例では電位供給部PS1)から接地電位VG1が供給可能な配線経路Lvg4、および半導体部品60と半導体部品30Bとの間で接地電位VG1を伝送可能な配線経路Lvg5が接続されている。図14に示す例では、電位供給部PS1から端子PD12を介してメモリ回路SME1および内部インタフェース回路SIF4に接地電位VG1が供給可能である。また、端子PD13は内部インタフェース回路SIF4に接続されており、接地電位VG1は、内部インタフェース回路SIF4を介して端子PD13に供給される。
接地電位VG1が供給可能な配線経路Lvg5は、信号伝送経路Lsg4の信号波形に対する参照電位が伝送されるリファレンス経路として利用することができる。また、信号伝送経路Lsg4の周囲に接地電位が供給される配線経路Lvg5が配置されている場合、信号伝送経路Lsg4から発生するノイズ、あるいは信号伝送経路Lsg4に対するノイズの伝搬を抑制するシールド導体として利用することができる。
また、半導体部品60の端子PD12は、インタポーザ40Aを介さず、かつ、バンプ電極BP12を介して配線基板10と電気的に接続される。また、半導体部品60の端子PD13は、バンプ電極BP13を介してインタポーザ40Aと電気的に接続されている。図14に示す例では、インタポーザ40Aの配線経路Lvg5は、半導体部品30Bおよび半導体部品60を介して配線基板10と接続されており、配線基板10とは直接的には接続されていない。この場合、インタポーザ40Aの下面40b側に端子を設けなくても良い。
ただし、インタポーザ40Aの配線経路Lvg5に接地電位VG1を供給する方法の変形例として、インタポーザ40Aと配線基板10との間、すなわちインタポーザ40Aの下面40b側に端子を設け、該端子を介して配線基板10と配線経路Lvg5とを直接的に接続しても良い。配線基板10と接続された端子から接地電位VG1を供給すれば、接地電位VG1の供給経路が増えるので、配線経路Lvg5の電位を安定化させることができる。
また、図14に示す例では、半導体部品60の主面60tには、外部(図13に示す例では電位供給部PS1)から電源電位VD1が供給可能な端子PD14が配置されている。半導体部品60には、外部から電源電位VD3が供給可能な配線経路Lvd3が接続されている。半導体部品60の端子PD14は、インタポーザ40Aを介さず、かつ、バンプ電極BP14を介して配線基板10と電気的に接続される。電源電位VD3は、例えば、半導体部品60のメモリ回路SME1、あるいは半導体部品60の内部インタフェース回路SIF4、あるいはこれらの両方を駆動する駆動電源用の電位である。図14に示すように、インタポーザ40Aを介さずに、配線基板10から直接的に電源電位VD3を供給することで、配線経路Lvd3のインピーダンスを低減することができるので、電源電位VD3を安定化させることができる。
また、図14に示す例では、主面20tにおいて、半導体部品60の端子PD12は、端子PD14と端子PD13の間に配置されている。半導体部品60に接地電位VG1を供給する端子PD12が端子PD13の近くに配置されている場合、端子PD12を経由して端子PD13に接地電位VG1を供給する際に接地電位VG1の供給経路距離が短くなる。これにより、配線経路Lvg5の電位を安定させることができる。
図13に示す半導体装置PKG3は、上記した相違点以外は図1〜図11を用いて説明した半導体装置PKG1と同様である。また、図13に示す半導体部品30Bは、上記した相違点を除き、図1〜図11を用いて説明した半導体部品30と同様である。また、図13に示すインタポーザ40Aは、上記した相違点を除き、図1〜図11を用いて説明したインタポーザ40と同様である。このため、上記相違点以外は、上記半導体部品30を半導体部品30Aに、インタポーザ40をインタポーザ40Aに、上記半導体装置PKG1を半導体装置PKG3に、それぞれ置き換えて適用可能なので、重複する説明は省略する。
<変形例3>
また、図1に対する変形例として、信号伝送経路Lsg2の配線経路距離をさらに短くしても良い。図15は、図1に示すインタポーザの周辺を拡大して示す説明図である。図16は、図15に対する変形例であるインタポーザの周辺を拡大して示す説明図である。
図15に示すように、半導体部品20の端子PD2と半導体部品30の端子PD3との離間距離D1は、半導体部品20の端子PD2と端子PD4との離間距離D2以上である。半導体部品20の端子PD2と半導体部品30の端子PD3との離間距離D1を長くすれば、信号伝送経路Lsg2を構成する配線を引き回すスペースを増大させることができる。
一方、図16に示す半導体装置PKG4の場合、半導体部品20の端子PD2と半導体部品30の端子PD3との離間距離D1は、半導体部品20の端子PD2と端子PD4との離間距離D2より小さい。言い換えれば、図16に示す半導体装置PKG4が有するインタポーザ40Bの信号伝送経路Lsg2の伝送経路距離は、図15に示す半導体装置PKG1が有するインタポーザ40の信号伝送経路Lsg2の伝送経路距離より短い。そして、パラレル通信方式で信号が伝送される信号伝送経路Lsg2の伝送距離を短くすることで、スキューによる同期の問題、伝送損失増加の問題、あるいはクロストークノイズの問題などを抑制できる。
図16に示す半導体装置PKG4は、上記した相違点以外は図1〜図11を用いて説明した半導体装置PKG1と同様である。また、図16に示すインタポーザ40Bは、上記した相違点を除き、図1〜図11を用いて説明したインタポーザ40と同様である。このため、上記相違点以外は、インタポーザ40をインタポーザ40Bに、上記半導体装置PKG1を半導体装置PKG4に、それぞれ置き換えて適用可能なので、重複する説明は省略する。
<変形例4>
また、図5に示す例では、インタポーザ40の下面40bと配線基板10の上面10tの間に隙間があり、この隙間に樹脂体55が配置されている実施態様について説明した。しかし、インタポーザ40の厚さ、あるいはバンプ電極53の高さによっては、半導体部品20と配線基板10との隙間にインタポーザ40の一部分を配置することが難しい場合もある。その場合には、図17に示す半導体装置PKG5のように、配線基板10の上面10t側の一部分に、キャビティ(開口部、段差部)10cが設けられ、キャビティ10c内にインタポーザ40Cの一部分が配置されていても良い。図17は、図5に対する変形例である半導体装置の半導体部品とインタポーザとの接続部分の周辺を示す拡大断面図である。
図17に示す半導体装置PKG5は、配線基板10Aの上面10t側の一部にキャビティ10cが形成されている点で、図5に示す半導体装置PKG1と相違する。また、図17に示すインタポーザ40Cが有する半導体基板44の厚さは、図5に示すインタポーザ40が有する半導体基板44の厚さより厚い。この場合、インタポーザ40Cの強度は、インタポーザ40の強度より高い。このため、インタポーザ40Cの厚さおよびバンプ電極53の高さの合計値は配線基板10の上面10tと半導体部品20の主面20tとの離間距離より大きい。しかし、配線基板10Aのように、キャビティ10cが設けられていれば、インタポーザ40Cの一部分(少なくとも下面40bを含む一部分)をキャビティ10c内に配置することで、インタポーザ40Cと半導体部品20とを接続することができる。
図17に示すようにインタポーザ40Cの厚さおよびバンプ電極53の高さの合計値が、配線基板10の上面10tと半導体部品20の主面20tとの離間距離より大きくなる要因は、半導体基板44の厚さには限定されない。例えばインタポーザ40の配線層数が増加したことにより、インタポーザ40の厚さが厚くなる場合もある。また例えば、バンプ電極53の高さが図5に示す例より高くなる場合もある。また、配線基板10の上面10tと半導体部品20の主面20tとの離間距離が図5に示す例より小さくなった場合にも、インタポーザ40の厚さおよびバンプ電極53の高さの合計値が、配線基板10の上面10tと半導体部品20の主面20tとの離間距離より大きくなる。これらの場合のいずれにおいても、図17に示す半導体装置PKG5と同様に、配線基板10Aの上面10t側の一部にキャビティ10cが設けられていれば、インタポーザ40の一部分が配線基板10と半導体部品20の間に配置された構造にすることができる。
なお、図17は、図5に対する変形例として説明したが、図6に示す半導体部品30との関係においても同様である。すなわち、本変形例において、半導体部品20として説明した部分を半導体部品30と読み替えて適用すれば良い。
また、図17に示す半導体装置PKG5は、上記した相違点以外は図1〜図11を用いて説明した半導体装置PKG1と同様である。また、図17に示すインタポーザ40Cは、上記した相違点を除き、図1〜図11を用いて説明したインタポーザ40と同様である。このため、上記相違点以外は、インタポーザ40をインタポーザ40Cに、上記半導体装置PKG1を半導体装置PKG5に、それぞれ置き換えて適用可能なので、重複する説明は省略する。
<変形例5>
図5および図6に示す例では、インタポーザ40の下面40bには端子や電極などは、設けられていない。インタポーザ40の端子は全て上面40t側に配置されている。しかし、図5および図6に対する変形例として、図18に示す半導体装置PKG6が有するインタポーザ40Dのように、下面40b側に端子47を設けても良い。図18は、図5に対する他の変形例である半導体装置の半導体部品とインタポーザとの接続部分の周辺を示す拡大断面図である。
インタポーザ40Dは、半導体基板44を厚さ方向(主面44tおよび下面40bのうち、一方の面から他方の面に向かう方向)に貫通する複数の貫通電極48を備えている。複数の貫通電極48は、半導体基板44を厚さ方向に貫通するように形成された貫通孔に例えば銅(Cu)などの導体を埋め込むことにより形成された導電経路である。貫通電極48は、一方の端部が下面40bに形成された端子47に接続され、他方の端部が配線層M3の配線43に接続されている。インタポーザ40Dの場合、下面40bに配置された端子、47および端子47に接続されるバンプ電極54を介して、例えば図1に示す電源電位VD1、VD2、あるいは接地電位VG1などを供給することができる。この場合、端子47を介して供給される電源電位VD1、VD2、あるいは接地電位VG1を安定化させることができる。バンプ電極54は、例えば図11を用いて説明した半田ボール、あるいは図10を用いて説明した導体柱である。
ただし、この場合であっても、図1に示す信号伝送経路Lsg1は、端子PD1に接続される。すなわち、インタポーザ40Dを介さずに、半導体部品20に接続されていることが好ましい。シリアル通信方式を利用して高速(高周波)で信号SG1を伝送する信号伝送経路Lsg1がインタポーザ40Dを経由せず、バンプ電極BP1を介して配線基板10に接続されていれば、高速伝送経路の信号損失を低減できる。
なお、図18は、図5に対する変形例として説明したが、図6に示す半導体部品30との関係においても同様である。すなわち、本変形例において、半導体部品20として説明した部分を半導体部品30と読み替えて適用すれば良い。
また、図18に示す半導体装置PKG6は、上記した相違点以外は図1〜図11を用いて説明した半導体装置PKG1と同様である。また、図18に示すインタポーザ40Dは、上記した相違点を除き、図1〜図11を用いて説明したインタポーザ40と同様である。このため、上記相違点以外は、インタポーザ40をインタポーザ40Dに、上記半導体装置PKG1を半導体装置PKG6に、それぞれ置き換えて適用可能なので、重複する説明は省略する。
<変形例6>
また、インタポーザの下面側に端子が設けられている実施態様には、図18を用いて説明したインタポーザ40Dの他の変形例がある。図19は、図5に対する他の変形例である半導体装置の半導体部品とインタポーザとの接続部分の周辺を示す拡大断面図である。
図19に示半導体装置PKG7が有するインタポーザ40Eは、積層された複数の配線層を備える、所謂、多層配線基板である。図19に示す例では、インタポーザ40Eは上面40t側から順に、配線層M1、M2、M3、M4、および配線層M5の合計5層の配線層を備える。複数の配線層のそれぞれは、配線43などの導体パターンを有し、隣り合う導体パターンは、絶縁層45により覆われている。ただし、インタポーザ40Eが備える配線層の数は、図4に示す例に限定されず、例えば、5層よりも少なくても良いし、5層よりも多くても良い。また、インタポーザ40Eが備える複数の配線層は、層間導電路である、ビア配線を介して電気的に接続されている。
絶縁層45は、例えば熱硬化性樹脂などの有機絶縁材料から成る。あるいは、絶縁層45は、例えば二酸化珪素(SiO)などのガラス材料(無機絶縁材料)で形成されていても良い。無機絶縁材料で絶縁層45を形成した場合、各配線層の下地を構成する絶縁層45の平坦性を向上させることができるので、複数の配線43の配線幅を小さくしたり、複数の配線43の配置密度を配線基板10の配線13の配置密度より高くしたりできる。
また、インタポーザ40Eの上面40tには、複数のボンディングパッド41が形成されている。図19では図示を省略するが、インタポーザ40の上面40tには、図6およい図9を用いて説明したボンディングパッド42も形成されている。そして、複数のボンディングパッド41(およびボンディングパッド42)のそれぞれは、バンプ電極53を介して半導体部品20と電気的に接続されている。また、インタポーザ40Eの下面40bには、複数の端子47が形成されている。そして、複数の端子47のそれぞれは、バンプ電極54を介して配線基板10と電気的に接続されている。ボンディングパッド41(およびボンディングパッド42)と端子47とは、インタポーザ40Eの複数の配線層を介して互いに電気的に接続されている。つまり、半導体装置PKG7は、配線基板10と半導体部品20とが、インタポーザ40Eを介して電気的に接続される配線経路を有している。
インタポーザ40Eの場合、下面40bに配置された端子、47および端子47に接続されるバンプ電極54を介して、例えば図1に示す電源電位VD1、VD2、あるいは接地電位VG1などを供給することができる。この場合、端子47を介して供給される電源電位VD1、VD2、あるいは接地電位VG1を安定化させることができる。
ただし、上記した変形例5と同様に、図1に示す信号伝送経路Lsg1は、端子PD1に接続される。すなわち、インタポーザ40Dを介さずに、半導体部品20に接続されていることが好ましい。シリアル通信方式を利用して高速(高周波)で信号SG1を伝送する信号伝送経路Lsg1がインタポーザ40Dを経由せず、バンプ電極BP1を介して配線基板10に接続されていれば、高速伝送経路の信号損失を低減できる。
また、図示は省略するが、図19に示す半導体装置PKG7に対しては、種々の変形例がある。例えば、図19に示す複数の配線層の間に、例えば、ガラス繊維などの繊維材にエポキシ樹脂などの樹脂材を含浸させた絶縁材料から成るコア絶縁層が配置されていても良い。この場合、インタポーザ40Eの強度を向上させることができる。また、コア絶縁層が配置されている場合、ボンディングパッド41と端子47は、コア絶縁層を貫通するスルーホール配線を介して電気的に接続される。
なお、図19は、図5に対する変形例として説明したが、図6に示す半導体部品30との関係においても同様である。すなわち、本変形例において、半導体部品20として説明した部分を半導体部品30と読み替えて適用すれば良い。
また、図19に示す半導体装置PKG7は、上記した相違点以外は図1〜図11を用いて説明した半導体装置PKG1と同様である。また、図19に示すインタポーザ40Eは、上記した相違点を除き、図1〜図11を用いて説明したインタポーザ40と同様である。このため、上記相違点以外は、インタポーザ40をインタポーザ40Eに、上記半導体装置PKG1を半導体装置PKG7に、それぞれ置き換えて適用可能なので、重複する説明は省略する。
<変形例7>
また、上記変形例5で説明したインタポーザ40Dや上記変形例6で説明したインタポーザ40Eのように、インタポーザの下面40b側に端子47を配置する技術を用いれば、図20に示す半導体装置PKG8のように、半導体部品30に接続される全ての配線経路がインタポーザ40Fを介して接続された構造にすることができる。図20は、図1に対する他の変形例である半導体装置の構成例を模式的に示す説明図である。
図20に示す半導体装置PKG8は、半導体部品30の複数の端子PD7Aおよび端子PD8Aのそれぞれが、インタポーザ40Fを介して配線基板10と電気的に接続されている点で、図1に示す半導体装置PKG1と相違する。
インタポーザ40Fが有する下面40bには、複数の端子47が配置されている。複数の端子47の詳細な構造は、図18を用いて説明したインタポーザ40Dの構造、あるいは図19を用いて説明したインタポーザ40Eの構造を適用できるので、重複する説明は省略する。
また、半導体部品30Cには、外部(図20に示す例では電位供給部PS1)から接地電位VG1が供給可能な端子PD7Aおよび電源電位VD2が供給可能な端子PD8Aが配置されている。半導体部品30の端子PD7Aは、バンプ電極BP7Aを介してインタポーザ40Fと電気的に接続されている。また、端子PD7Aは、インタポーザ40Fの端子47を介して配線基板10と電気的に接続されている。また、半導体部品30Cの端子PD8Aは、バンプ電極BP8Aを介してインタポーザ40Fと電気的に接続されている。また、端子PD8Aは、インタポーザ40Fの端子47を介して配線基板10と電気的に接続されている。
図20に示す半導体装置PKG8は、上記した相違点以外は図1〜図11を用いて説明した半導体装置PKG1と同様である。また、図20に示す半導体部品30Cは、上記した相違点を除き、図1〜図11を用いて説明した半導体部品30と同様である。また、図20に示すインタポーザ40Fは、上記した相違点を除き、図1〜図11を用いて説明したインタポーザ40と同様である。このため、上記相違点以外は、上記半導体部品30を半導体部品30Cに、インタポーザ40をインタポーザ40Fに、上記半導体装置PKG1を半導体装置PKG8に、それぞれ置き換えて適用可能なので、重複する説明は省略する。
<変形例8>
図21は、図1に対する他の変形例である半導体装置の構成例を模式的に示す説明図である。図1では、半導体部品20と半導体部品30とを電気的に接続する配線部材として、互いに絶縁された複数の配線を有する配線基板であるインタポーザを取り上げて説明した。半導体部品20と半導体部品30とを電気的に接続する配線部材としては、図21に示す半導体装置PKG9が有する配線部材40Gのように、一方の端部が半導体部品の端子PD2(または端子PD5)に接続され、他方の端部が半導体部品30の端子PD3(または端子PD9)に接続された複数のワイヤ40Wにより構成されていても良い。この場合、複数のワイヤ40Wが互いに接触することを抑制するため、複数のワイヤ40Wは樹脂体(例えば図4に示す樹脂体56を参照)で封止されていることが好ましい。
<変形例9>
図22は、図1に対する他の変形例である半導体装置の構成例を模式的に示す説明図である。また、図23は、図22に対する変形例である半導体装置の構成例を模式的に示す説明図である。図1では、半導体部品30に電源電位VD2を供給可能な端子PD8と配線基板10とをインタポーザ40を介さずに接続することで、電源電位VD2を安定化させる実施態様について説明した。図22に示す半導体装置PKG10のように、配線基板10Bの上面10tと下面10bとの間において、半導体部品30と厚さ方向に重なる位置に、コンデンサC1を配置しても良い。
図22に示すコンデンサC1は、配線基板10Bの上面10tと下面10bとの間に配置された基板内蔵型のコンデンサである。コンデンサC1の一方の電極は、配線経路Lvd2に接続され、他方の電極は、配線経路Lvg3に接続されている。言い換えれば、コンデンサC1は、コア回路SCR1(例えば演算処理回路)の駆動電源を供給する配線経路中に並列接続で配置されている。この場合、コンデンサC1は、配線経路Lvd2に含まれるノイズ(信号)を配線経路Lvg3側にバイパスして流す、バイパスコンデンサとして機能させることができる。また、コンデンサC1は、半導体部品30のコア回路SCR1に流れる電流のループ(経路距離)を小さくすることで、配線経路Lvd2および配線経路Lvg3に含まれるインピーダンス成分の影響を低減する、デカップリングコンデンサとして機能させることができる。また、供給された電力を消費する回路の近傍に、コンデンサC1を接続することで、瞬間的に駆動電圧が降下する現象を抑制する、バッテリとして機能させることができる。
また、図22に対する更なる変形例として、図23に示す半導体装置PKG11が有するコンデンサC1のように、半導体部品30と厚さ方向に重なる位置に配置されているコンデンサC1は、配線基板10の下面10b側に搭載された、表面実装型のコンデンサであっても良い。表面実装型のコンデンサの場合、配線基板10が完成した後で、コンデンサC1を実装すれば良いので、図22に示す基板内蔵型のコンデンサと比較して、製造工程を簡単にできる。一方、図22に示す基板内蔵型のコンデンサC1を用いれば、表面実装型のコンデンサと比較して、コンデンサC1とコア回路SCR1との配線経路距離を短くできる。
このように、半導体部品30と厚さ方向に重なる位置に、コンデンサC1が配置されている半導体装置PKG10は、半導体装置PKG1と比較して、コア回路SCR1に供給される電源電位VD2をさらに安定化させることができる。
また、コア回路SCR1とコンデンサC1との経路距離を短くする観点からは、図22に示すように、コンデンサC1は厚さ方向において、コア回路SCR1と重なっていることが特に好ましい。
図22に示す半導体装置PKG10は、上記した相違点以外は図1〜図11を用いて説明した半導体装置PKG1と同様である。また、図20に示す配線基板10Bは、上記した相違点を除き、図1〜図11を用いて説明した配線基板10と同様である。このため、上記相違点以外は、上記配線基板10を配線基板10Bに、上記半導体装置PKG1を半導体装置PKG10に、それぞれ置き換えて適用可能なので、重複する説明は省略する。
<変形例10>
図24は、図4に対する変形例である半導体装置の構成例を模式的に示す説明図である。図2や図4では、半導体部品20の裏面20bおよび半導体部品30の裏面30bが露出する実施態様について説明した。しかし、図24に示す半導体装置PKG12のように、半導体部品20の裏面20bおよび半導体部品30の裏面30bに放熱板70が取り付けられていても良い。
図24に示す例では、放熱部品70は金属板であって、接着材71を介して半導体部品20の裏面20bおよび半導体部品30の裏面30bに接着固定されている。接着材71は、樹脂製の接着材であっても良いが、放熱性を向上させる観点から、樹脂材料中に金属粒子やカーボン粒子など、母材よりも熱伝導率が高い放熱材料からなる複数の粒子が含有されていることが好ましい。
図24に示す例では、配線基板10の上面10tから半導体部品20の裏面20bまでの高さと、配線基板10の上面10tから半導体部品30の裏面30bまでの高さが同程度である。このため、半導体部品20の裏面20bおよび半導体部品30の裏面30bに放熱板70が取り付けられている。図示は省略するが、配線基板10の上面10tから半導体部品20の裏面20bまでの高さと、配線基板10の上面10tから半導体部品30の裏面30bまでの高さが異なる場合もある。この場合、少なくとも半導体部品30の裏面30bには、放熱部品70が取り付けられていることが好ましい。図1を用いて説明したように、半導体部品30はコア回路SCR1を有し、半導体部品20と比較して発熱し易い。したがって、相対的に発熱量が大きい半導体部品30に放熱部品70を取り付けることで、半導体装置PKG12の放熱性を向上させることができる。
<変形例11>
図25および図26は、図11に示す半導体部品と配線基板とを電気的に接続するバンプ電極に対する変形例を示す拡大断面図である。
図11に示す例では、半導体部品20の端子21と配線基板10のボンディングパッド16とが半田材料から成るバンプ電極51を介して電気的に接続され、半導体部品30の端子31と配線基板10のボンディングパッド16とが半田材料から成るバンプ電極51を介して電気的に接続されている例について説明した。バンプ電極51およびバンプ電極52の構造には、種々の変形例が適用可能である。
例えば、図25に示すバンプ電極57のように、導体柱57Aと半田層57Bとを備えたバンプ電極57を介して端子21(または端子31)とボンディングパッド16とが電気的に接続された構造であっても良い。
また、図25に示す例では、ボンディングパッド16のうちの一部分が絶縁膜17に覆われた、SMD(solder mask defined)構造である実施態様を例示的に示している。しかし、図26に示す変形例のように、ボンディングパッド16が絶縁膜17(図25参照)から露出する、NSMD(non solder mask defined)構造である実施態様であっても良い。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
例えば、上記実施の形態で説明した技術思想の要旨を逸脱しない範囲内において、変形例同士を組み合わせて適用することができる。
その他、上記実施の形態に記載された内容の一部を以下に記載する。
〔付記1〕
第1面、および前記第1面の反対側に位置する第2面を備える配線基板と、
第1主面および前記第1主面の反対側に位置する第1裏面を備え、前記第1主面と前記配線基板との前記第1面とが対向した状態で前記配線基板の前記第1面上に搭載される第1半導体部品と、
第2主面および前記第2主面の反対側に位置する第2裏面を備え、前記第2主面と前記配線基板との前記第1面とが対向した状態で前記配線基板の前記第1面上に搭載される第2半導体部品と、
前記第1半導体部品と前記第2半導体部品とを電気的に接続する複数の配線経路を備える第1配線部材と、
を有し、
前記第1半導体部品の前記第1主面には、前記第1配線部材を介さず、かつ、第1バンプ電極を介して前記配線基板と電気的に接続される第1端子、および第2バンプ電極を介して前記第1配線部材と電気的に接続される第2端子が配置され、
前記第2半導体部品の前記第2主面には、第3バンプ電極を介して前記第1配線部材と電気的に接続される第3端子、および前記第1配線部材を介さず、かつ、第3バンプ電極を介して前記配線基板と電気的に接続される第4端子が配置され、
前記第1バンプ電極、前記第2バンプ電極、および前記第3バンプ電極のそれぞれは、樹脂で封止されている、半導体装置。
〔付記2〕
付記1において、
前記第2バンプ電極および前記第3バンプ電極の体積は、前記第1バンプ電極の体積より小さい、半導体装置。
〔付記3〕
付記2において、
前記第2バンプ電極および前記第3バンプ電極は、第1の樹脂体により封止され、前記第1バンプ電極は、前記第1の樹脂体とは別の第2の樹脂体により封止されている、半導体装置。
10,10A,10B 配線基板
10b 下面(面、実装面)
10c キャビティ(開口部、段差部)
10s 側面
10t 上面(面、チップ搭載面)
11 半田ボール(外部端子)
12 ランド(外部端子、半田ボール接続用パッド)
13 配線
13P 導体プレーン
14 絶縁層
14c コア層(コア材、コア絶縁層、絶縁層)
15TW スルーホール配線
15VW ビア配線
16 ボンディングパッド(基板端子、半導体部品接続用端子)
17 絶縁膜(ソルダレジスト膜)
20,30,30A,30B,30C,60,61 半導体部品
20b,30b 裏面
20s1,20s2 辺
20t,30t,60t 主面
21,22,31,32,PD1,PD2,OD3,PD4,PD5,PD6,PD7,PD7A,PD8,PD8A,PD9,PD10,PD11,PD12,PD13,PD14 端子(電極、部品電極、パッド)
23,33 半導体基板(基材)
23t,33t 主面
24,34 配線層
25,35 パッシベーション膜
40,40A,40B,40C,40D,40E,40F,40h インタポーザ
40b 下面(面、裏面)
40G 配線部材
40s 側面
40t 上面(面、中継端子配置面)
40W ワイヤ
41,42 ボンディングパッド(端子、中継基板端子)
43 配線
44 半導体基板(基材)
44t 主面
45 絶縁層
46 パッシベーション膜
47 端子
48 貫通電極
51,52,53,54,BP1,BP2,BP3,BP4,BP5,BP6,BP7,BP8,BP9,BP12,BP13,BP14,BPh1 バンプ電極(導電性部材)
53A 導体柱
53b 下面
53B 半田層
53t 上面
55,56 樹脂体
56s 境界面
70 放熱板
70 放熱部品
71 接着材
C1 コンデンサ
D1,D2 離間距離
DSn,DSp 差動信号伝送経路
EX1,EX2 外部機器
L1,L2,L3,L4,L5,L6,L7,L8,M1,M2,M3,M4,M5 配線層
Lsg1,Lsg2,Lsg3,Lsg4 信号伝送経路(配線経路)
Lvd1,Lvd2,Lvd3,Lvg1,Lvg2,Lvg3,Lvg4,Lvg5 配線経路
MB1 実装基板(マザーボード)
PKG1,PKG2,PKG3,PKG4,PKG5,PKG6,PKG7,PKG8,PKG9,PKG10,PKG11,PKG12,PKGh1 半導体装置
PS1 電位供給部
SCR1 コア回路(主回路)
SG1,SG2,SG3,SG4 信号
SIF1 外部インタフェース回路(外部入出力回路)
SIF2,SIF3,SIF4 内部インタフェース回路(内部入出力回路)
SME1 メモリ回路(主記憶回路、記憶回路)
VD1,VD2,VD3 電源電位
VG1 接地電位

Claims (15)

  1. 第1半導体部品と、
    第2半導体部品と、
    前記第1半導体部品および前記第2半導体部品のそれぞれが搭載された配線基板と、
    前記第1半導体部品と前記第2半導体部品とを電気的に接続する複数の配線経路を備える第1配線部材と、
    を有し、
    前記第1半導体部品は、外部との間で第1信号を伝送する第1端子、および前記第2半導体部品との間で第2信号を伝送する第2端子が配置された第1主面を備え、
    前記第2半導体部品は、前記第1半導体部品との間で前記第2信号を伝送する第3端子が配置された第2主面を備え、
    前記第1信号は前記第2信号より高い周波数で伝送され、
    前記第1半導体部品の前記第1端子は、前記第1配線部材を介さず、かつ、第1バンプ電極を介して前記配線基板と電気的に接続され、
    前記第1半導体部品の前記第2端子と前記第2半導体部品の前記第3端子は、前記第1配線部材を介して電気的に接続されている、半導体装置。
  2. 請求項1において、
    前記第1半導体部品の前記第2端子と前記第2半導体部品の前記第3端子との離間距離は、前記第1半導体部品の前記第1端子と前記第2半導体部品の前記第3端子との離間距離より小さい、半導体装置。
  3. 請求項2において、
    前記第2端子は、第2バンプ電極を介して前記第1配線部材と電気的に接続され、
    前記第3端子は、第3バンプ電極を介して前記第1配線部材と電気的に接続されている、半導体装置。
  4. 請求項3において、
    前記第1半導体部品の前記第1主面には、接地電位が供給可能な第4端子および第5端子が配置され、
    前記第4端子は、前記第1配線部材を介さず、かつ、第4バンプ電極を介して前記配線基板と電気的に接続され、
    前記第5端子は、第5バンプ電極を介して前記第1配線部材と電気的に接続されている、半導体装置。
  5. 請求項4において、
    前記第1半導体部品の前記第2端子と前記第2半導体部品の前記第3端子との離間距離は、前記第1半導体部品の前記第2端子と前記第3端子との離間距離より小さい、半導体装置。
  6. 請求項5において、
    前記第4端子は、前記第1端子と前記第2端子の間に配置されている、半導体装置。
  7. 請求項6において、
    前記第1半導体部品の前記第2端子と前記第2半導体部品の前記第3端子との離間距離は、前記第1半導体部品の前記第4端子と前記第2端子との離間距離より小さい、半導体装置。
  8. 請求項6において、
    前記第1半導体部品の前記第1主面には、電源電位が供給可能な第6端子が配置され、
    前記第6端子は、前記第1配線部材を介さず、かつ、第6バンプ電極を介して前記配線基板と電気的に接続されている、半導体装置。
  9. 請求項8において、
    前記第6端子は、前記第1端子と前記第2端子の間に配置されている、半導体装置。
  10. 請求項3において、
    前記第2半導体部品の前記第2主面には、接地電位が供給可能な第7端子が配置され、
    前記第7端子は、前記第1配線部材を介さず、かつ、第7バンプ電極を介して前記配線基板と電気的に接続されている、半導体装置。
  11. 請求項10において、
    前記第2半導体部品の前記第2主面には、電源電位が供給可能な第8端子が配置され、
    前記第8端子は、前記第1配線部材を介さず、かつ、第8バンプ電極を介して前記配線基板と電気的に接続されている、半導体装置。
  12. 請求項3において、
    前記配線基板の厚さ方向において、前記第1配線部材は、前記第1半導体部品と前記配線基板との間に位置する部分、および前記第2半導体部品と前記配線基板との間に位置する部分を有している、半導体装置。
  13. 請求項3において、
    前記第1バンプ電極、前記第2バンプ電極、および前記第3バンプ電極のそれぞれは、樹脂により封止されている、半導体装置。
  14. 請求項13において、
    前記第2バンプ電極および前記第3バンプ電極の体積は、前記第1バンプ電極の体積より小さい、半導体装置。
  15. 請求項14において、
    前記第2バンプ電極および前記第3バンプ電極は、第1の樹脂体により封止され、前記第1バンプ電極は、前記第1の樹脂体とは別の第2の樹脂体により封止されている、半導体装置。
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