JP2006086150A - 半導体装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】装置の小型化を実現し得る半導体装置を得る。
【解決手段】ICチップ4の周縁部の底面に形成された電極と、配線基板1の周縁部の上面上に形成された電極とは、垂直方向に沿って2段に積層された導電性バンプ7a,7bを介して、互いに接続されている。具体的には、配線基板1の周縁部の上面上及びICチップ4の周縁部の底面には、垂直方向に関して互いに対向する箇所に電極がそれぞれ形成されている。そして、配線基板1の周縁部の上面上に形成された電極上に下段の導電性バンプ7aが形成されており、導電性バンプ7a上に上段の導電性バンプ7bが形成されており、導電性バンプ7bはICチップ4の周縁部の底面に形成された電極に接続されている。
【選択図】図1

Description

本発明は、半導体装置に関し、特に、複数のICチップが積層された構造を有する半導体装置に関する。
従来の半導体装置は、配線基板と、ダイボンド樹脂を介して配線基板の上面上に配設された第1のICチップと、ダイボンド樹脂を介して第1のICチップの上面上に配設された第2のICチップとを備えている。配線基板の上面上に形成された電極と、第1のICチップの上面上に形成された電極とは、金ワイヤを介して互いに電気的に接続されている。同様に、配線基板の上面上に形成された電極と、第2のICチップの上面上に形成された電極とは、金ワイヤを介して互いに電気的に接続されている。
なお、配線基板と、配線基板の上面上に配設されたICチップとを備える半導体装置に関する技術は、例えば下記特許文献1,2に開示されている。
特開2003−273148号公報 特開平8−31865号公報
しかしながら、従来の半導体装置によると、配線基板上の電極と第1及び第2のICチップ上の電極とを金ワイヤを介して互いに接続する都合上、配線基板の上面積を第1及び第2のICチップの上面積よりも大きくし、平面視上第1及び第2のICチップの周縁よりも外側に、配線基板上の電極を形成する必要がある。その結果、配線基板の上面積が大きくなることに起因して、全体として半導体装置が大型化するという問題がある。
本発明はかかる問題を解決するために成されたものであり、金ワイヤを介した電極同士の接続を回避することにより、装置の小型化を実現し得る半導体装置を得ることを目的とする。
第1の発明に係る半導体装置は、配線基板と、配線基板の上面上に配設された第1のICチップと、第1のICチップの上面上に配設された第2のICチップと、配線基板の上面上に形成された第1の電極と、第2のICチップの底面に形成された第2の電極とを備え、第1の電極と第2の電極とは、複数段に積層された導電性バンプを介して互いに接続されていることを特徴とする。
第2の発明に係る半導体装置は、配線基板と、配線基板の上面上に配設された第1のICチップと、第1のICチップの上面上に配設された第2のICチップと、第2のICチップの上面上に配設された第3のICチップと、第1のICチップの前記上面上に形成された第1の電極と、第3のICチップの底面に形成された第2の電極とを備え、第1の電極と第2の電極とは、複数段に積層された導電性バンプを介して互いに接続されていることを特徴とする。
第3の発明に係る半導体装置は、配線基板と、配線基板の上面上に配設された第1のICチップと、配線基板の上面に形成された電極と、電極上に複数段に積層された導電性バンプと、第1のICチップを覆って配線基板の上面上に形成された封止材とを備え、封止材の上面内には、最上段の導電性バンプが露出していることを特徴とする。
第1〜第3の発明によれば、半導体装置の小型化を図ることができる。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係る半導体装置の構造を示す断面図である。図1に示すように本実施の形態1に係る半導体装置は、配線基板1と、配線基板1の上面上に配設されたICチップ3と、ICチップ3の上面上に配設されたICチップ4とを備えている。ICチップ3の上面積は、配線基板1及びICチップ4の各上面積よりも小さい。配線基板1の上面積は、ICチップ4の上面積とほぼ同一である。
配線基板1の底面には、半田バンプ等の導電性バンプ2が形成されている。導電性バンプ2は、「アウターボール」とも称される。配線基板1の上面上には、所定の配線パターン及び電極が形成されている。ICチップ3の底面に形成された電極と、配線基板1の非周縁部の上面上に形成された電極とは、導電性バンプ5を介して互いに接続されている。導電性バンプ5は、「インナーバンプ」とも称される。ICチップ4は、ダイボンド樹脂6を介してICチップ3の上面上に配設されている。
ICチップ4の周縁部の底面に形成された電極と、配線基板1の周縁部の上面上に形成された電極とは、配線基板1の上面の法線方向(以下「垂直方向」と称する)に沿って2段に積層された導電性バンプ7a,7bを介して、互いに接続されている。具体的には、配線基板1の周縁部の上面上及びICチップ4の周縁部の底面には、垂直方向に関して互いに対向する箇所に電極がそれぞれ形成されている。そして、配線基板1の周縁部の上面上に形成された電極上に下段の導電性バンプ7aが形成されており、導電性バンプ7a上に上段の導電性バンプ7bが形成されており、導電性バンプ7bはICチップ4の周縁部の底面に形成された電極に接続されている。上記の通りICチップ3の上面積は配線基板1及びICチップ4の各上面積よりも小さく、導電性バンプ7a,7bから成る積層構造は、ICチップ3の周縁よりも外側、かつ配線基板1及びICチップ4の各周縁よりも内側に形成されている。
配線基板1の上面上には、ICチップ3,4及び導電性バンプ5,7a,7bを覆って、モールド樹脂等の封止材8が形成されている。
このように本実施の形態1に係る半導体装置によれば、ICチップ4の周縁部の底面に形成された電極と、配線基板1の周縁部の上面上に形成された電極とは、金ワイヤを介してではなく、垂直方向に沿って2段に積層された導電性バンプ7a,7bを介して互いに接続されている。よって、ICチップ4の周縁部に形成された電極に接続すべき配線基板1上の電極を、平面視上ICチップ4の周縁よりも外側に形成する必要がないため、配線基板1の上面積はICチップ4の上面積とほぼ同一で足りる。その結果、本実施の形態1に係る半導体装置によれば、従来の半導体装置と比較して配線基板1の上面積を削減できるため、全体として半導体装置の小型化を図ることができる。
以下、本実施の形態1に係る半導体装置の変形例について説明する。これらの変形例によっても、上記と同様の効果を得ることができる。
図2は、本実施の形態1の第1の変形例に係る半導体装置の構造を示す断面図である。図1に示したICチップ3,4の代わりに、ICチップ3,4よりも垂直方向に関する寸法(厚み)が大きいICチップ10,11が配設されている。ICチップ10の底面に形成された電極と、配線基板1の非周縁部の上面上に形成された電極とは、導電性バンプ12を介して互いに接続されている。ICチップ11は、ダイボンド樹脂13を介してICチップ10の上面上に配設されている。
ICチップ11の周縁部の底面に形成された電極と、配線基板1の周縁部の上面上に形成された電極とは、垂直方向に沿って3段に積層された導電性バンプ14a〜14cを介して互いに接続されている。具体的には、配線基板1の周縁部の上面上及びICチップ11の周縁部の底面には、垂直方向に関して互いに対向する箇所に電極がそれぞれ形成されている。そして、配線基板1の周縁部の上面上に形成された電極上に下段の導電性バンプ14aが形成されており、導電性バンプ14a上に中段の導電性バンプ14bが形成されており、導電性バンプ14b上に上段の導電性バンプ14cが形成されており、導電性バンプ14cはICチップ11の周縁部の底面に形成された電極に接続されている。
垂直方向に関するICチップ10の寸法がより大きい場合には、4段以上に積層された導電性バンプを介して、ICチップ11の周縁部の底面に形成された電極と、配線基板1の周縁部の上面上に形成された電極とを互いに接続してもよい。
図3は、本実施の形態1の第2の変形例に係る半導体装置の構造を示す断面図である。ICチップ16は、ダイボンド樹脂18を介して配線基板1の上面上に配設されている。ICチップ17の非周縁部の底面に形成された電極と、ICチップ16の上面上に形成された電極とは、導電性バンプ19を介して互いに接続されている。
ICチップ17の周縁部の底面に形成された電極と、配線基板1の周縁部の上面上に形成された電極とは、垂直方向に沿って2段に積層された導電性バンプ20a,20bを介して、互いに接続されている。具体的には、配線基板1の周縁部の上面上及びICチップ17の周縁部の底面には、垂直方向に関して互いに対向する箇所に電極がそれぞれ形成されている。そして、配線基板1の周縁部の上面上に形成された電極上に下段の導電性バンプ20aが形成されており、導電性バンプ20a上に上段の導電性バンプ20bが形成されており、導電性バンプ20bはICチップ17の周縁部の底面に形成された電極に接続されている。
図4は、本実施の形態1の第3の変形例に係る半導体装置の構造を示す断面図である。ICチップ22の底面に形成された電極と、配線基板1の非周縁部の上面上に形成された電極とは、導電性バンプ25を介して互いに接続されている。ICチップ23は、ダイボンド樹脂26を介してICチップ22の上面上に配設されている。ICチップ24の非周縁部の底面に形成された電極と、ICチップ23の上面上に形成された電極とは、導電性バンプ27を介して互いに接続されている。
ICチップ24の周縁部の底面に形成された電極と、配線基板1の周縁部の上面上に形成された電極とは、垂直方向に沿って3段に積層された導電性バンプ28a〜28cを介して、互いに接続されている。具体的には、配線基板1の周縁部の上面上及びICチップ24の周縁部の底面には、垂直方向に関して互いに対向する箇所に電極がそれぞれ形成されている。そして、配線基板1の周縁部の上面上に形成された電極上に下段の導電性バンプ28aが形成されており、導電性バンプ28a上に中段の導電性バンプ28bが形成されており、導電性バンプ28b上に上段の導電性バンプ28cが形成されており、導電性バンプ28cはICチップ24の周縁部の底面に形成された電極に接続されている。
ICチップ24と配線基板1との間に積層されているICチップの個数(図4に示した例では2個)がより多い場合には、4段以上に積層された導電性バンプを介して、ICチップ24の周縁部の底面に形成された電極と、配線基板1の周縁部の上面上に形成された電極とを互いに接続してもよい。
実施の形態2.
図5は、本発明の実施の形態2に係る半導体装置の構造を示す断面図である。図2に示すように本実施の形態2に係る半導体装置は、配線基板1と、配線基板1の上面上に配設されたICチップ30と、ICチップ30の上面上に配設されたICチップ31と、ICチップ31の上面上に配設されたICチップ32とを備えている。ICチップ31の上面積は、配線基板1及びICチップ30,32の各上面積よりも小さい。配線基板1の上面積は、ICチップ30,32の上面積とほぼ同一である。
ICチップ30の底面に形成された電極と、配線基板1の上面上に形成された電極とは、導電性バンプ33を介して互いに接続されている。ICチップ31は、ダイボンド樹脂34を介してICチップ30の上面上に配設されている。ICチップ32の非周縁部の底面に形成された電極と、ICチップ31の上面上に形成された電極とは、導電性バンプ35を介して互いに接続されている。
ICチップ32の周縁部の底面に形成された電極と、ICチップ30の周縁部の上面上に形成された電極とは、垂直方向に沿って2段に積層された導電性バンプ36a,36bを介して、互いに接続されている。具体的には、ICチップ30の周縁部の上面上及びICチップ32の周縁部の底面には、垂直方向に関して互いに対向する箇所に電極がそれぞれ形成されている。そして、ICチップ30の周縁部の上面上に形成された電極上に下段の導電性バンプ36aが形成されており、導電性バンプ36a上に上段の導電性バンプ36bが形成されており、導電性バンプ36bはICチップ32の周縁部の底面に形成された電極に接続されている。上記の通りICチップ31の上面積はICチップ30,32の各上面積よりも小さく、導電性バンプ36a,36bから成る積層構造は、ICチップ31の周縁よりも外側、かつICチップ30,32の各周縁よりも内側に形成されている。
配線基板1の上面上には、ICチップ30〜32及び導電性バンプ33,35,36a,36bを覆って、封止材8が形成されている。
このように本実施の形態2に係る半導体装置によれば、ICチップ32の周縁部の底面に形成された電極と、ICチップ30の周縁部の上面上に形成された電極とは、垂直方向に沿って2段に積層された導電性バンプ36a,36bを介して互いに接続されている。よって、ICチップ32の周縁部の底面に形成された電極と、ICチップ30の周縁部の上面上に形成された電極とを金ワイヤによって互いに接続する場合とは異なり、ICチップ32の周縁部に形成された電極に接続すべきICチップ30上の電極を、平面視上ICチップ32の周縁よりも外側に形成する必要がないため、ICチップ30の上面積はICチップ32の上面積とほぼ同一で足りる。その結果、ICチップ30の上面積を削減できるため、全体として半導体装置の小型化を図ることができる。
なお、ICチップ31の代わりに、垂直方向に関する寸法がICチップ31のそれよりも大きい他のICチップが配設される場合や、ICチップ30とICチップ32との間に複数個のICチップ31が積層される場合には、3段以上に積層された導電性バンプを介して、ICチップ32の周縁部の底面に形成された電極と、ICチップ30の周縁部の上面上に形成された電極とを互いに接続してもよい。
実施の形態3.
本実施の形態3では、上記実施の形態1に係る半導体装置をカメラモジュールへ適用する例について説明する。
図6は、本発明の実施の形態3に係る半導体装置の構造を示す断面図である。図6に示すように本実施の形態3に係る半導体装置は、上面に開口部49を有するケース40と、開口部49に嵌め込まれたレンズ51,52及びフィルタ50と、ケース40の底壁上に配設されたICチップ41と、ICチップ41の上面上に配設されたICチップ42と、ICチップ42の上面上に形成された受像部45とを備えている。ICチップ41,42及び受像部45は、ケース40内に配設されている。レンズ51,52及びフィルタ50は、受像部45の上方に配設されている。ICチップ41の上面積は、ケース40の底面積及びICチップ42の上面積よりも小さい。ケース40の底面積は、ICチップ42の上面積とほぼ同一である。ケース40の底壁の上面上には所定の配線パターン及び電極が形成されており、ケース40の底壁は配線基板として機能する。
ICチップ41の底面に形成された電極と、ケース40の底壁の非周縁部の上面上に形成された電極とは、導電性バンプ43を介して互いに接続されている。ICチップ42は、ダイボンド樹脂44を介してICチップ41の上面上に配設されている。
ICチップ42の周縁部にはスルーホール46が形成されており、スルーホール46の内部は、電極として機能する金属膜48によって充填されている。金属膜48は、受像部45に電気的に接続されている。
金属膜48の底面と、ケース40の底壁の周縁部の上面上に形成された電極とは、垂直方向に沿って2段に積層された導電性バンプ47a,47bを介して、互いに接続されている。具体的には、ケース40の底壁の周縁部の上面上に形成された電極上に下段の導電性バンプ47aが形成されており、導電性バンプ47a上に上段の導電性バンプ47bが形成されており、導電性バンプ47bは金属膜48の底面に接続されている。上記の通りICチップ41の上面積はケース40の底面積及びICチップ42の上面積よりも小さく、導電性バンプ47a,47bから成る積層構造は、ICチップ41の周縁よりも外側、かつケース40の底壁及びICチップ42の各周縁よりも内側に形成されている。
このように本実施の形態3に係る半導体装置によれば、ICチップ42の周縁部に形成された金属膜48と、ケース40の底壁の周縁部の上面上に形成された電極とは、垂直方向に沿って2段に積層された導電性バンプ47a,47bを介して互いに接続されている。よって、金属膜48と、ケース40の底壁の周縁部の上面上に形成された電極とを金ワイヤによって互いに接続する場合とは異なり、金属膜48に接続すべきケース40の底壁上の電極を、平面視上ICチップ42の周縁よりも外側に形成する必要がないため、ケース40の底面積はICチップ42の上面積とほぼ同一で足りる。その結果、ケース40の底面積を削減できるため、全体として半導体装置の小型化を図ることができる。
なお、ICチップ41の代わりに、垂直方向に関する寸法がICチップ41のそれよりも大きい他のICチップが配設される場合や、ICチップ42とケース40の底壁との間に複数個のICチップ41が積層される場合には、3段以上に積層された導電性バンプを介して、金属膜48と、ケース40の底壁の周縁部の上面上に形成された電極とを互いに接続してもよい。
実施の形態4.
図7は、本発明の実施の形態4に係るICパッケージ59の構造を示す断面図である。図7に示すようにICパッケージ59は、配線基板1と、配線基板1の上面上に配設されたICチップ55と、配線基板1の周辺部の上面上に形成された電極上に複数段に積層された導電性バンプ57a,57bと、ICチップ55を覆って配線基板1の上面上に形成された封止材58とを備えている。
ICチップ55の上面積は、配線基板1の上面積よりも小さい。ICチップ55の底面に形成された電極と、配線基板1の非周縁部の上面上に形成された電極とは、導電性バンプ56を介して互いに接続されている。配線基板1の周縁部の上面上に形成された電極上には下段の導電性バンプ57aが形成されており、導電性バンプ57a上には上段の導電性バンプ57bが形成されている。封止材58の上面内には導電性バンプ57bの上部が露出しており、導電性バンプ57bの上部は電極として機能する。上記の通りICチップ55の上面積は配線基板1の上面積よりも小さく、導電性バンプ57a,57bから成る積層構造は、ICチップ55の周縁よりも外側、かつ配線基板1の周縁よりも内側に形成されている。
なお、ICチップ55の代わりに、垂直方向に関する寸法がICチップ55のそれよりも大きい他のICチップが配設される場合や、ICチップ55と配線基板1との間に1個又は複数個の他のICチップが配設される場合には、配線基板1の周縁部の上面上に形成された電極上に、3段以上に積層された導電性バンプを形成してもよい。この場合、最上段の導電性バンプの上部が、封止材58の上面内に露出して電極として機能する。
このように本実施の形態4に係る半導体装置によれば、配線基板1の周縁部の上面上に形成された電極上には、垂直方向に沿って2段に積層された導電性バンプ57a,57bが形成されている。そして、上段の導電性バンプ57bの上部は、封止材58の上面内に露出して電極として機能する。従って、導電性バンプ57a,57bを介して配線基板1及びICチップ55との電気的接続を確保しつつ、他のICパッケージをICパッケージ59上に積層することができ、それによって機能を拡張することができる。
図8は、図7に示したICパッケージ59上に他のICパッケージ60が積層された構造の第1の例を示す断面図である。ICパッケージ60は、BGA(Ball Grid Array)パッケージ又はLGA(Land Grid Array)パッケージである。ICパッケージ60は、配線基板61と、配線基板61の上面上に配設されたICチップ63と、ICチップ63と配線基板61とを電気的に接続するためのAuワイヤ64と、ICチップ63を覆って配線基板61の上面上に形成された封止材65と、配線基板61の底面に形成されたボール状又はランド状の金属端子62とを備えている。金属端子62と導電性バンプ57bとが互いに接合されている。ICチップ63は、Auワイヤ64、配線基板61、及び金属端子62を介して、導電性バンプ57bに電気的に接続されている。
図9は、図7に示したICパッケージ59上に他のICパッケージ70が積層された構造の第2の例を示す断面図である。ICパッケージ70は、SOP(Small Outline Package)又はQFP(Quad Flat Package)である。ICパッケージ70は、ダイパッド71上に配設されたICチップ72と、ガルウイング状の外部リード74と、ICチップ72と外部リード74とを電気的に接続するためのAuワイヤ73と、ICチップ72を覆って形成された封止材75とを備えている。外部リード74と導電性バンプ57bとが互いに接合されている。ICチップ72は、Auワイヤ73及び外部リード74を介して、導電性バンプ57bに電気的に接続されている。
図10は、図7に示したICパッケージ59上に他のICパッケージ80が積層された構造の第3の例を示す断面図である。ICパッケージ80は、DIP(Dual Inline Package)又はPGA(Pin Grid Array)パッケージである。ICパッケージ80は、ダイパッド71上に配設されたICチップ72と、ピン状の外部リード81と、ICチップ72と外部リード81とを電気的に接続するためのAuワイヤ73と、ICチップ72を覆って形成された封止材75とを備えている。外部リード81と導電性バンプ57bとが互いに接合されている。ICチップ72は、Auワイヤ73及び外部リード81を介して、導電性バンプ57bに電気的に接続されている。
本発明の実施の形態1に係る半導体装置の構造を示す断面図である。 本発明の実施の形態1の第1の変形例に係る半導体装置の構造を示す断面図である。 本発明の実施の形態1の第2の変形例に係る半導体装置の構造を示す断面図である。 本発明の実施の形態1の第3の変形例に係る半導体装置の構造を示す断面図である。 本発明の実施の形態2に係る半導体装置の構造を示す断面図である。 本発明の実施の形態3に係る半導体装置の構造を示す断面図である。 本発明の実施の形態4に係るICパッケージの構造を示す断面図である。 図7に示したICパッケージ上に他のICパッケージが積層された構造の第1の例を示す断面図である。 図7に示したICパッケージ上に他のICパッケージが積層された構造の第2の例を示す断面図である。 図7に示したICパッケージ上に他のICパッケージが積層された構造の第3の例を示す断面図である。
符号の説明
1 配線基板、3,4,10,11,16,17,22〜24,30〜32,41,42,55,63,72 ICチップ、7a,7b,14a〜14c,20a,20b,28a〜28c,36a,36b,47a,47b,57a,57b 導電性バンプ、8,58 封止材、45 受像部、51,52 レンズ。

Claims (5)

  1. 配線基板と、
    前記配線基板の上面上に配設された第1のICチップと、
    前記第1のICチップの上面上に配設された第2のICチップと、
    前記配線基板の前記上面上に形成された第1の電極と、
    前記第2のICチップの底面に形成された第2の電極と
    を備え、
    前記第1の電極と前記第2の電極とは、複数段に積層された導電性バンプを介して互いに接続されている、半導体装置。
  2. 前記第2のICチップの前記上面上に形成された受像部と、
    前記受像部の上方に配設されたレンズと
    をさらに備える、請求項1に記載の半導体装置。
  3. 配線基板と、
    前記配線基板の上面上に配設された第1のICチップと、
    前記第1のICチップの上面上に配設された第2のICチップと、
    前記第2のICチップの上面上に配設された第3のICチップと、
    前記第1のICチップの前記上面上に形成された第1の電極と、
    前記第3のICチップの底面に形成された第2の電極と
    を備え、
    前記第1の電極と前記第2の電極とは、複数段に積層された導電性バンプを介して互いに接続されている、半導体装置。
  4. 配線基板と、
    前記配線基板の上面上に配設された第1のICチップと、
    前記配線基板の前記上面に形成された電極と、
    前記電極上に複数段に積層された導電性バンプと、
    前記第1のICチップを覆って前記配線基板の前記上面上に形成された封止材と
    を備え、
    前記封止材の上面内には、最上段の前記導電性バンプが露出している、半導体装置。
  5. 前記封止材の前記上面上に配設された第2のICチップをさらに備え、
    前記第2のICチップは、前記最上段の前記導電性バンプに電気的に接続されている、請求項4に記載の半導体装置。
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