JP2006278438A - 半導体装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】製造コスト及び製造工程数を増大させずに電気的特性を向上させることができる半導体装置を提供する。
【解決手段】パッケージ基板２と、パッケージ基板２上に搭載された半導体チップ５と、半導体チップ５上に搭載された半導体チップ７と、一端が半導体チップ５に電気的に接続され且つ他端がパッケージ基板２に電気的に接続された複数の信号線から成る信号線群９と、一端が半導体チップ７に電気的に接続され且つ他端がパッケージ基板２に電気的に接続された複数の信号線から成る信号線群１０と、一端が半導体チップ５に電気的に接続され且つ他端がパッケージ基板２に電気的に接続された複数の電源線１１ａと、一端が半導体チップ７に電気的に接続され且つ他端がパッケージ基板２に電気的に接続された複数の電源線１１ｂとから成り、少なくとも一部が信号線群９と信号線群１０との間に位置した電源線群１１とを備える半導体装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置に関する。
近年、電子機器の小型・薄型化への要求が高まっているのを受け、半導体装置の実装面積縮小の要求が高まっている。しかしながら、従来の１つのパッケージ内に１つの半導体チップを搭載する技術においては、実装面積の縮小には限界がある。そこで、１つのパッケージ内に２つ以上の半導体チップを搭載するＳｉＰ（System in Package）技術が特に注目されている。この技術によれば、実装面積の縮小が可能になる。
しかしながら、搭載されている半導体チップ同士が電気的に干渉し合い、１つのパッケージ内に１つの半導体チップを搭載する場合に比べて、クロストークの発生、インピーダンスの不整合など電気的特性が劣化し易い。
一方、パッケージに搭載される半導体チップの高速化に伴い、出力される信号等の電気的特性を劣化させずに伝達することが重要視されている。そこで、電気的特性の劣化を抑制する目的からパッケージ基板にリングと呼ばれるエリアが設けられる場合がある。リングを設けることにより、半導体チップからボンディングワイヤ、リング、スルーホールを介してパッケージ基板内に設けた電源層に接続することができ、これにより、クロストークの発生、又はインピーダンスの不整合など、電気的特性の劣化を招く要因を軽減させることができる。しかしながら、ＳｉＰ構造のものにおいては、従来の２つ或いは３つのパッケージとなるものを１つのパッケージに収めている構造上、リングや電源層を形成するスペースを確保することができない。
また、ＳｉＰ構造のものにおいては、上段の半導体チップ及び下段の半導体チップのそれぞれからワイヤボンディングを行っているため、従来のような上段の半導体チップ或いは下段の半導体チップに接続されたボンディングワイヤ間（横方向）の影響に加え、上段の半導体チップに接続されたボンディングワイヤと下段の半導体チップに接続されたボンディングワイヤとの間（上下方向）の影響を受けることとなり、電気的特性が劣化し易い。
このようなことから、ＳｉＰ構造のものにおいては、電気的特性の劣化を抑制する技術が必要となる。特許文献１には、半導体チップと半導体チップとの間に、ボンディングワイヤによりグランド電位に保持された伝熱導電板を介在させ、電気的特性を向上させる技術が開示されている。また、特許文献２には、半導体チップと半導体チップとの間に、ボンディングワイヤにより電源電位或いはグランド電位に保持された銅箔を介在させ、上段の半導体チップの裏面を電源電位或いはグランド電位に保持する技術が開示されている。
特開２００４−１１１６５６号公報 特開２００４−３１６４９号公報
しかしながら、特許文献１においては、半導体チップと半導体チップとの間に伝熱導電板を介在させ、特許文献２においては、半導体チップと半導体チップとの間に銅箔を介在させているので、伝熱導電板或いは銅箔を新たに用意する必要がある。またパッケージ基板と伝熱導電板或いは銅箔とをボンディングワイヤで接続しているので、ボンディングワイヤ全体の本数が増大してしまう。この結果、製造コスト及び製造工程数等が増大してしまう。
また、半導体チップと半導体チップとの間に、伝熱導電板或いは銅箔を介在させることにより、上段の半導体チップの上面の位置が高くなるので、上段の半導体チップに接続されているボンディングワイヤの長さが長くなってしまい、電気的特性を劣化させるおそれがある。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものである。即ち、本発明は、製造コスト及び製造工程数を増大させずに電気的特性を向上させることができる半導体装置を提供することを目的とする。
本発明の一の態様によれば、配線基板と、前記配線基板上に搭載された第１の半導体チップと、前記第１の半導体チップ上に搭載された第２の半導体チップと、一端が前記第１の半導体チップに電気的に接続され且つ他端が前記配線基板に電気的に接続された複数の第１の信号線から成る第１の信号線群と、一端が前記第２の半導体チップに電気的に接続され且つ他端が前記配線基板に電気的に接続され、前記第１の信号線と電気的に分離された複数の第２の信号線から成る第２の信号線群と、一端が前記第１の半導体チップに電気的に接続され且つ他端が前記配線基板に電気的に接続され、前記第１及び第２の信号線と電気的に分離された複数の第１の電源線と、一端が前記第２の半導体チップに電気的に接続され且つ他端が前記配線基板に電気的に接続され、前記第１及び第２の信号線と電気的に分離された複数の第２の電源線とから成り、少なくとも一部が前記第１の信号線群と前記第２の信号線群との間に位置した電源線群とを具備することを特徴とする半導体装置が提供される。
本発明の一の態様によれば、製造コスト及び製造工程数を増大させずに電気的特性を向上させることができる。
以下、図面を参照しながら実施の形態について説明する。図１は本実施の形態に係る半導体装置の模式的な垂直断面図であり、図２は図１のＡ−Ａ線で切断した半導体装置の模式的な垂直断面図である。
図１及び図２に示されるように、半導体装置１は、ＳｉＰ構造のものである。半導体装置１は、配線基板としての例えば多層配線構造を有するパッケージ基板２を備えている。パッケージ基板２の下面には、複数のはんだボール３が形成されている。パッケージ基板２の上面には接着剤４を介して半導体チップ５が搭載されており、半導体チップ５上には接着剤６を介して半導体チップ７が搭載されている。半導体チップ５，７は高周波領域で動作するものであり、半導体チップ５，７はモールド樹脂８により覆われている。
パッケージ基板２は、パッケージ基板２の上面であって半導体チップ５の外側の領域に形成された複数の信号線用パッド２ａ，２ｂ及び複数の電源線用パッド２ｃ，２ｄを備えている。信号線用パッド２ｂ（第２の信号線用パッド）は、信号線用パッド２ａ（第１の信号線用パッド）よりパッケージ基板２の外周側に形成されている。電源線用パッド２ｃは、信号線用パッド２ａよりパッケージ基板２の外周側に形成されている。本実施の形態では、電源線用パッド２ｃは信号線用パッド２ｂとほぼ同列に形成されており、電源線用パッド２ｄは信号線用パッド２ａとほぼ同列に形成されている。電源線用パッド２ｃは、接地電位（グランド電位）或いは電源電位に保持されている。半導体チップ５，７は、それぞれ半導体チップ５，７の上面であって半導体チップ５，７の外周縁部に形成された複数の信号線用パッド５ａ，７ａ及び複数の電源線用パッド５ｂ，７ｂを備えている。
パッケージ基板２と半導体チップ５，７とは信号線群９，１０及び電源線群１１を介して電気的に接続されている。信号線群９（第１の信号線群）は複数の信号線９ａから構成されており、信号線群１０（第２の信号線群）は複数の信号線１０ａから構成されている。信号線９ａは一端が信号線用パッド２ａに接続され、かつ他端が信号線用パッド５ａに接続されており、信号線１０ａは一端が信号線用パッド２ｂに接続され、かつ他端が信号線用パッド７ａに接続されている。信号線９ａと信号線１０ａとは、電気的に分離されている。なお、信号線９ａはワイヤボンディングにより信号線用パッド２ａと信号線用パッド５ａに接続されており、信号線１０ａはワイヤボンディングにより信号線用パッド２ｂと信号線用パッド７ａに接続されている。
電源線群１１は、複数の電源線１１ａ（第１の電源線）及び複数の電源線１１ｂ（第２の電源線）から構成されている。電源線１１ａは一端が電源線用パッド２ｃに接続され、かつ他端が電源線用パッド５ｂに接続されており、電源線１１ｂは一端が電源線用パッド２ｃに接続され、かつ他端が電源線用パッド７ｂに接続されている。ここで、本実施の形態では、電源線用パッド２ｄは使用されていないが、搭載する半導体チップに応じて使用する電源線用パッド２ｃ，２ｄを使い分けることが可能である。電源線１１ａ，１１ｂは、信号線９ａ，１０ａと電気的に分離されている。電源線１１ｂは、電源線１１ａが接続されている電源線用パッド２ｃとは異なる電源線用パッド２ｃに接続されている。電源線群１１の少なくとも一部は、信号線群９と信号線群１０との間に位置している。なお、電源線１１ａはワイヤボンディングにより電源線用パッド２ｃと電源線用パッド５ｂに接続されており、電源線１１ｂはワイヤボンディングにより電源線用パッド２ｃと電源線用パッド７ｂに接続されている。
本実施の形態では、電源線群１１の少なくとも一部が信号線群９と信号線群１０との間に位置しているので、電源線群１１のこの部分によるシールド効果により信号線群９と信号線群１０とを電気的に遮蔽することができる。これにより、信号線群９と信号線群１０との間における電気的干渉を抑制することができ、クロストークを低減させることができるともにインピーダンス整合を実現することができる。それ故、半導体装置１の電気的特性を向上させることができる。
本実施の形態では、電源線１１の少なくとも一部を信号線群９と信号線群１０との間に位置させるだけで、電気的特性を向上させることができるので、ボンディングワイヤの本数の増大させることなく、また伝熱導電板等の新たな部品を用いることなく、電気的特性を向上させることができる。これにより、製造コスト及び製造工程数を増大させることなく、半導体装置１の電気的特性を向上させることができる。
本実施の形態では、半導体チップ５と半導体チップ７との間に伝熱導電板等を介在させていないので、半導体チップ７の上面の位置が高くならない。これにより、半導体チップ７に接続されている信号線１０ａの長さが長くならず、半導体装置１の電気的特性をより向上させることができる。
上段の半導体チップを下段の半導体チップに搭載する際、下段の半導体チップのボンディングエリアを確保するため、通常下段の半導体チップの外周端から片側３００〜５００μｍ程度距離を取る必要がある。一方、上段の半導体チップと下段の半導体チップとの間に伝熱導電板等を介在させ、かつ電気的特性を向上させるために上段の半導体チップの裏面を電源電位或いはグランド電位に保持する場合、伝熱導電板等にもにはボンディングワイヤを接続する必要がある。これらのことを考慮すると、上段の半導体チップと下段の半導体チップの間に伝熱導電板等を介在させる場合、下段の半導体チップの外周端からボンディングエリアとして片側３００〜５００μｍ程度の距離を取る他、伝熱導電板等の外周端からもボンディングエリアとして片側３００〜５００μｍ程度距離を取る必要がある。従って、半導体チップと半導体チップの間に伝熱導電板等を介在させる場合、上段の半導体チップは下段の半導体チップよりも片側６００〜１０００μｍ程度、チップサイズで換算すると１２００〜２０００μｍ小さいサイズでなければ搭載できないという製造上の制約が発生する。これに対し、本実施の形態では、半導体チップ５と半導体チップ７との間に伝熱導電板等を介在させないので、伝熱導電板等を介在させた場合より、大きなサイズの半導体チップ７を搭載することができる。
本実施の形態では、電源線１１の少なくとも一部を信号線群９と信号線群１０との間に位置させているので、伝熱導電板等を介在させた場合に比べて、信号線群９と電源線群１１との距離、信号線群１０と電源線１１の距離が短くなり、より高いシールド効果を期待できる。
なお、本発明は上記実施の形態の記載内容に限定されるものではなく、構造や材質、各部材の配置等は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記実施の形態では、上下２段の半導体チップ５，７を用いて説明しているが、３段以上であってもよい。
実施の形態に係る半導体装置の模式的な垂直断面図である。 図１のＡ−Ａ線で切断した半導体装置の模式的な垂直断面図である。
符号の説明
１…半導体装置、２…パッケージ基板、２ａ，２ｂ…信号線用パッド、２ｃ，２ｄ…電源線用パッド、３…はんだボール、５，７…半導体チップ、８…モールド樹脂、５ａ，７ａ…信号線用パッド、５ｂ，７ｂ…電源線用パッド、９，１０…信号線群、９ａ，１０ａ…信号線、１１…電源線群、１１ａ，１１ｂ…電源線。

Claims (4)

  1. 配線基板と、
    前記配線基板上に搭載された第１の半導体チップと、
    前記第１の半導体チップ上に搭載された第２の半導体チップと、
    一端が前記第１の半導体チップに電気的に接続され且つ他端が前記配線基板に電気的に接続された複数の第１の信号線から成る第１の信号線群と、
    一端が前記第２の半導体チップに電気的に接続され且つ他端が前記配線基板に電気的に接続され、前記第１の信号線と電気的に分離された複数の第２の信号線から成る第２の信号線群と、
    一端が前記第１の半導体チップに電気的に接続され且つ他端が前記配線基板に電気的に接続され、前記第１及び第２の信号線と電気的に分離された複数の第１の電源線と、一端が前記第２の半導体チップに電気的に接続され且つ他端が前記配線基板に電気的に接続され、前記第１及び第２の信号線と電気的に分離された複数の第２の電源線とから成り、少なくとも一部が前記第１の信号線群と前記第２の信号線群との間に位置した電源線群と、
    を具備することを特徴とする半導体装置。
  2. 前記配線基板は複数の第１の信号線用パッド、前記第１の信号線用パッドより前記配線基板の外周側に位置した複数の第２の信号線用パッド、及び前記第１の信号線用パッドより前記配線基板の外周側に位置した複数の電源線用パッドを備えており、前記第１及び第２の半導体チップはそれぞれ複数の信号線用パッド及び複数の電源線用パッドを備えており、
    前記第１の信号線の前記一端は前記第１の半導体チップの前記信号線用パッドに接続され且つ前記他端は前記配線基板の前記第１の信号線用パッドに接続されており、前記第２の信号線の前記一端は前記第２の半導体チップの前記信号線用パッドに接続され且つ前記他端は前記配線基板の前記第２の信号線用パッドに接続されており、
    前記第１の電源線の前記一端は前記第１の半導体チップの前記電源線用パッドに接続され且つ前記他端は前記配線基板の前記電源線用パッドに接続されており、前記第２の電源線の前記一端は前記第２の半導体チップの前記電源線用パッドに接続され且つ前記他端は前記配線基板の前記電源線用パッドに接続されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
  3. 前記第１の電源線の一端は、前記配線基板おける前記第２の電源線が接続された前記電源線用パッドとは異なる前記電源線用パッドに接続されていることを特徴とする請求項２記載の半導体装置。
  4. 前記第１の電源線及び前記第２の電源線は、それぞれ接地電位に保持されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置。
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