JP2006295208A - 半導体集積回路 - Google Patents
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Abstract
【課題】半導体チップ上にディスクリート電子部品を複数個搭載して、プリント配線板上の部品点数を削減する。
【解決手段】複数の接続電極が設けられた半導体チップの表面を、接続電極が露出されるように下部絶縁膜で被覆し、下部絶縁膜上に一端が接続電極に接続されるとともに他端に部品用接続部が設けられた複数の配線パターンを形成し、部品用接続部が露出されるように配線パターンを上部絶縁膜で被覆し、異なる部品用接続部間にディスクリート電子部品を接続した構成とする。
【選択図】図1
【解決手段】複数の接続電極が設けられた半導体チップの表面を、接続電極が露出されるように下部絶縁膜で被覆し、下部絶縁膜上に一端が接続電極に接続されるとともに他端に部品用接続部が設けられた複数の配線パターンを形成し、部品用接続部が露出されるように配線パターンを上部絶縁膜で被覆し、異なる部品用接続部間にディスクリート電子部品を接続した構成とする。
【選択図】図1
Description
本発明は、半導体集積回路に関し、さらに詳しくは、電子機器に搭載、内蔵される半導体集積回路に関する。
近年、携帯電話のような小型電子機器の分野では、内部に搭載される電子部品の小型化、高機能化、高密度化、高密度実装化が図られている。また、機器の小型化を図るため、できるだけ少ない電子部品で機器を構成することも研究されており、これに応じて、従来では別々のパッケージに収納していた複数の半導体集積回路(以下「IC」ともいう)を、一個のパッケージに収納することも行われている。
この一例として、特許文献1に記載のような構造の半導体装置が知られている。この半導体装置では、半導体チップに並設した導電板上にディスクリート電子部品を接着固定することで、半導体チップとディスクリート電子部品とを一個のパッケージに収納した構造となっている。この構造を図9(a)および図9(b)に示す。図9(b)は図9(a)のD−D断面を示している。
この半導体装置は、半導体チップ81上に絶縁層82を設け、その上に2枚の導電板83,84を並設し、この上に導電性接着剤86によりディスクリート電子部品85を接着固定している。そして、各部の電極等をリード端子87に電気的に接続し、その周囲を樹脂封止部88で覆うことで、基板への実装密着の優れた半導体パッケージを形成した構造となっている。
また、小型半導体装置の代表例として、図10(a)および図10(b)に示すような、パッケージのサイズが半導体チップと同じサイズとなっているCSP(Chip Size Package:チップ・サイズ・パッケージ)の一種の半導体装置が知られている。図10(b)は図10(a)のE−E断面である。
この半導体装置91は、複数の電極パッド93が設けられた半導体チップ92の表面を、電極パッド93が露出されるように第1絶縁層94で被覆し、第1絶縁層94上に、一端が電極パッド93に接続されるとともに他端に外部端子用電極パッド97が設けられた複数の配線パターン95を形成し、配線パターン95を、外部端子用電極パッド97が露出されるように第2絶縁層96で被覆し、外部端子用電極パッド97上にハンダバンプからなる外部接続用端子99を形成した構造となっている。
しかしながら、図9(a)および図9(b)で示した半導体装置では、導電板83,84を半導体チップ81に取り付けるために、接着剤としてのポリイミド等からなる絶縁性シート82を半導体チップ81に貼り付け、それにCuからなる導電板83,84を貼り付ける工程が必要であり、この作業が難しいという問題がある。すなわち、機械的動作で、接着剤を介して0.5mm角以下の板状の物体を貼り付ける作業は難しく、特に複数枚の導電板を密な状態で貼り付けるのは極めて困難である。
小型電子機器に使用されている0.5×0.8mmサイズのディスクリート電子部品を実装するには、理論的には、0.7×1.0mmの領域に実装用導電部が2箇所あれば十分である。しかし、図9では、2枚の導電板83,84が半導体チップ81の7〜8割を占めている。これは、導電板83,84の取り扱いを容易にし、接地電極または電源電極に接続する際のワイヤーを短くするために、導電板83,84を大きくしているものと思われる。
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、半導体チップ上にディスクリート電子部品を複数個搭載して、プリント配線板上の部品点数を削減するようにした半導体集積回路を提供するものである。
本発明は、複数の接続電極が表面に設けられた半導体チップと、接続電極が露出されるように半導体チップの表面を被覆する下部絶縁層と、下部絶縁層上に形成され一端が接続電極に接続されるとともに他端に部品用接続部が設けられた複数の配線部と、部品用接続部が露出されるように配線部を被覆する上部絶縁層と、異なる部品用接続部間に接続された電子部品とを備えてなる半導体集積回路である。
本発明によれば、半導体チップの表面に、部品用接続部を設けた配線部を形成し、異なる部品用接続部間に電子部品を接続した構成としたので、半導体チップの表面に電子部品を搭載したものを一つの半導体集積回路としてパッケージ化することができる。
別の観点によれば、本発明は、複数の接続電極が表面に設けられた半導体チップと、接続電極が露出されるように半導体チップの表面を被覆する下部絶縁層と、下部絶縁層上に形成され、一端が接続電極に接続されるとともに、他端もしくは一端と他端の途中に部品用接続部または/および外部端子用接続部が設けられた複数の配線部と、部品用接続部および外部端子用接続部が露出されるように配線部を被覆する上部絶縁層と、異なる部品用接続部間に接続された電子部品と、電子部品が接続された半導体チップ面と同一面に存在する外部端子用接続部に形成された外部接続端子とを備え、半導体チップに接続された電子部品は、その接続後の高さが外部接続端子よりも低いことを特徴とする半導体集積回路である。
本発明において、半導体チップは、複数の接続電極が表面に設けられたものであればよい。接続電極とは、ワイヤーでリード端子とボンディグ接合される、通常電極パッドと呼ばれる部分を意味する。半導体チップは、どのような半導体チップであってもよく、例えば、Si等の14族(旧IV族・日本式)半導体あるいは化合物半導体などの各種の半導体基板(ウェーハ)に集積回路を形成してダイシングした、一般に半導体チップと呼ばれるものであればよい。
下部絶縁層および上部絶縁層は、形成作業の容易性、およびコストの点から、有機系のポリマーを用いて形成することが望ましい。このポリマーとしては、例えばポリイミドなどが挙げられる。接続電極が露出されるようにするためには、パターニングが必要であるが、そのためには感光性のポリマーを用いてもよい。また非感光性のポリマーを形成し、それを感光性のレジストでパターニングしてもよい。
配線部は、一般に配線パターンと呼ばれるものであり、各種のエッチングや電解メッキで形成した各種の配線パターンを含むものである。
電子部品は、一般にディスクリート電子部品と呼ばれるものであり、異なる部品用接続部間に接続される。部品用接続部は、通常表面に金メッキが施されていることが多く、ディスクリート電子部品を異なる部品用接続部間に接続するには、部品用接続部にハンダペーストを載せてその上にディスクリート電子部品を置き、リフロー炉などを通してリフローすることにより接続することができる。
本発明によれば、小さなディスクリート電子部品を半導体チップ上に複数個搭載することができるので、プリント配線板上の部品点数削減に寄与できる。
以下、本発明の実施の形態を図1〜図8に基づき説明する。なお、これによって本発明が限定されるものではない。
実施形態1
図1(a)および図1(b)は本発明の半導体集積回路の実施形態1を示す説明図である。図1(b)は図1(a)のA−A断面を示している。
半導体集積回路1は、電極パッド(第1の接続部)3が設けられた半導体チップ(「ICチップ」ともいう)2、下部絶縁膜(下部絶縁層)4、配線(配線部)5、上部絶縁膜(上部絶縁層)6、部品接続端子(第2の接続部)7、ディスクリート電子部品8から構成されている。
図1(a)および図1(b)は本発明の半導体集積回路の実施形態1を示す説明図である。図1(b)は図1(a)のA−A断面を示している。
半導体集積回路1は、電極パッド(第1の接続部)3が設けられた半導体チップ(「ICチップ」ともいう)2、下部絶縁膜(下部絶縁層)4、配線(配線部)5、上部絶縁膜(上部絶縁層)6、部品接続端子(第2の接続部)7、ディスクリート電子部品8から構成されている。
半導体チップ2の表面の端部には、複数の電極パッド3が設けられている。半導体チップ2の表面は、電極パッド3の部分を除いて、下部絶縁膜4により被覆されている。下部絶縁膜4の上には複数の配線5が形成されている。配線5の一端は電極パッド3に接続され、他端には接続用パッドが設けられ、接続用パッドの上にハンダからなる部品接続端子7が形成されている。
配線5は、部品接続端子7の形成された接続用パッドの部分を除いて、上部絶縁膜6により被覆されている。ディスクリート電子部品8は、異なる配線5の部品接続端子7間に接続されている。
図2(a)〜図2(e)は本実施形態の半導体集積回路の製造プロセスを示す説明図である。これらの図に基づいて製造プロセスを説明する。
半導体チップ2は、シリコン(Si)をベースとし、内部に集積回路が形成されたものである。この半導体チップ2には、金属でできたワイヤーがボンディング接合される電極パッド3が設けられている。
半導体チップ2は、シリコン(Si)をベースとし、内部に集積回路が形成されたものである。この半導体チップ2には、金属でできたワイヤーがボンディング接合される電極パッド3が設けられている。
まず、半導体チップ2の表面を、電極パッド3の部分を除いて、厚さ5μmのポリイミドの下部絶縁膜4で覆う(図2(a)参照)。下部絶縁膜4の下には、図示していないが、SiO2やSiN等の絶縁膜が存在する。
次に、下部絶縁膜4の上に、配線5をメッキで形成する。この配線5は、電極パッド3からディスクリート電子部品8が搭載される部分にかけて、電気的に導通のとれるパターンを形成している(図2(b)参照)。
この配線5の具体的形成方法を説明する。まず、電極パッド3と下部絶縁膜4の上、つまり半導体チップ2の全面に、チタンタングステン(TiW)と銅(Cu)を順に、各々約0.1μmの厚みになるようスパッター処理にて形成する。次に、銅の上に感光性レジストを10μmの厚さで塗布し、マスクを介して露光し、現像を行うことにより、配線5を形成する部分の溝を形成する(図示せず)。その溝に電解メッキにより、厚さ5μmの銅を析出させ、先の感光性レジストを化学的に剥離し、表面に露出した銅とチタンタングステンのスパッター膜を除去することで、独立した銅の配線5を形成する。
次に、配線5と下部絶縁膜4の上、つまり半導体チップ2の全面に、感光性ポリマーを10μmの厚さで塗布し、ディスクリート電子部品8が搭載される部分、つまり接続用パッドの部分が露出されるように、マスクを介して露光し、現像を行うことで、上部絶縁膜6を形成する(図2(c)参照)。
なお、感光性ポリマーを使用せず、非感光性のポリマーと感光性レジストを使用してもよい。すなわち、非感光性のポリマーを塗布し、その上に感光性レジストを塗布し、マスクを介して露光し、現像を行うことで、感光性レジストと非感光性ポリマーに対して同時に、ディスクリート電子部品接続用の開口(接続用パッド)を形成してもよい。この方法でも同一の構造が得られる。
次に、ディスクリート電子部品8が搭載できるように露出させた銅の配線5の部分、つまり接続用パッドの部分に、無電解メッキによりニッケル(Ni)を3μm、その上に金(Au)を0.1μm形成する(図示していない)。
次に、その金の上にハンダペーストを印刷することで部品接続端子7を形成し(図2(d)参照)、その部品接続端子7の上にディスクリート電子部品8を載せ、リフロー処理によりディスクリート電子部品8を固定する(図2(e)参照)。
工程の最後に、タイシング位置9にて個片化(ダイシング)を行い、半導体集積回路1が完成する。このように、ウェーハ状態で半導体チップ2の組み立てを行った後、ディスクリート電子部品8を搭載し、その後ダイシングを行う。
図3(a)および図3(b)は上述した製造プロセスにより完成した半導体集積回路1をパッケージ化した状態を示す説明図である。図3(a)はTSOP(Thin Small Outline Package:シン・スモール・アウトライン・パッケージ)とよばれる半導体パッケージの内部構造を示し、図3(b)はCSPとよばれる半導体パッケージの内部構造を示している。
上述した製造プロセスにより完成した半導体集積回路1を樹脂モールドすることにより、従来のパッケージと全く同じ外観の、例えば半導体パッケージ70や半導体パッケージ71を製造する。
図3(a)に示す半導体パッケージ70では、ディスクリート電子部品8が搭載された半導体チップ2を、ダイパッド14とよばれる領域に、銀ペースト等のダイアタッチ材11で固定し、全体をエポキシ系樹脂16で封止し、電極パッドとリード端子17をワイヤー12で電気的に接続した構造となっている。
図3(b)に示す半導体パッケージ71は、半導体チップのサイズに極めて近いパッケージである。この半導体パッケージ71では、絶縁部15aと導電部15bを有するプリント回路基板15の上に、ディスクリート電子部品8が搭載された半導体チップ2を、ポリイミド系の絶縁シート等のダイアタッチ材11で固定し、全体をエポキシ系樹脂16で封止し、電極パッドと導電部15bをワイヤー12で電気的に接続し、プリント回路基板15の半導体チップ2を搭載していない面に、外部接続端子19を設けた構造となっている。
実施形態2
図4(a)および図4(b)は本発明の半導体集積回路の実施形態2を示す説明図である。図4(b)は図4(a)のB−B断面を示している。本実施形態の半導体集積回路は、実施形態1で示した半導体集積回路を発展させた構造となっている。
図4(a)および図4(b)は本発明の半導体集積回路の実施形態2を示す説明図である。図4(b)は図4(a)のB−B断面を示している。本実施形態の半導体集積回路は、実施形態1で示した半導体集積回路を発展させた構造となっている。
本半導体集積回路72では、半導体チップ22の電極パッド23形成面を下向きにし、この下向き面に、下部絶縁膜24、配線25、上部絶縁膜26、部品接続端子27、外部接続端子29を形成した構造となっている。すなわち、配線25上に、接続用パッドと外部接続端子用パッドを形成している。そして、接続用パッドの上に部品接続端子27を形成し、部品接続端子27にディスクリート電子部品28を搭載している。また、外部接続端子用パッドの上にハンダバンプからなる外部接続端子29を形成している。
ディスクリート電子部品28は、電極パッド23から外部接続端子29まで配置した配線25の途中または分岐した部分に設けてもよいし、外部接続端子29から延長した配線25の部分に設けてもよい。
部品接続端子27と外部接続端子29以外の領域は、厚さ10μmの感光性ポリマーからなる上部絶縁膜26で覆われている。
図5(a)〜図5(e)は本実施形態の半導体集積回路の製造プロセスを示す説明図である。これらの図に基づいて製造プロセスを説明する。
半導体チップ22は実施形態1のものと同じであり、まず、実施形態1と同様に、半導体チップ2の表面を下部絶縁膜4で覆う(図5(a)参照)。
半導体チップ22は実施形態1のものと同じであり、まず、実施形態1と同様に、半導体チップ2の表面を下部絶縁膜4で覆う(図5(a)参照)。
次に、下部絶縁膜4の上に配線5を形成し(図5(b)参照)、次に、接続用パッドと外部接続端子用パッドの部分を除く半導体チップ2の全面に、上部絶縁膜6を形成する(図5(c)参照)。
次に、接続用パッドの部分と外部接続端子用パッドの部分に、ハンダペーストを印刷することで、ディスクリート電子部品8搭載用の部品接続端子27と外部接続端子形成用の接続部27aを形成する(図5(d)参照)。
次に、部品接続端子7の上にディスクリート電子部品8を載せるとともに、接続部27aの上にハンダーボールを載せ、リフロー処理を行うことにより、部品接続端子7にディスクリート電子部品8を固定するとともに、接続部27aの上にハンダバンプからなる外部接続端子29を形成する(図5(e)参照)。このように、外部接続端子29の取り付けは、ディスクリート電子部品8の取り付けと同時に行う。そして、最後にダイシングを行う。
本製造プロセスが図2の製造プロセスと異なる点は、ワイヤー12が接続される電極パッド23上の配線25が上部絶縁膜26で覆われていることと、外部接続端子29を取り付けていることである。
実施形態3
図6(a)および図6(b)は本発明の半導体集積回路の実施形態3を示す説明図である。図6(b)は図6(a)のC−C断面を示している。本実施形態の半導体集積回路も、実施形態1で示した半導体集積回路を発展させた構造となっている。
図6(a)および図6(b)は本発明の半導体集積回路の実施形態3を示す説明図である。図6(b)は図6(a)のC−C断面を示している。本実施形態の半導体集積回路も、実施形態1で示した半導体集積回路を発展させた構造となっている。
本半導体集積回路41は、電極パッド43形成面を上に向けた半導体チップ42と電極パッド53形成面を下に向けた半導体チップ52とをフリップチップで接続した構造となっている。
上向きの半導体チップ42の電極パッド43形成面には、下部絶縁膜44、配線45、上部絶縁膜46が順次形成されている。配線45は、一端が電極パッド43に接続され、他端にはディスクリート電子部品48が搭載される部品接続端子47と、ハンダバンプからなる接続部59に接続するための円形パッドが形成されている。この円形パッドは、配線45の端または途中に形成されている。上向きの半導体チップ42の上面は、それらの円形パッドの一部が露出するように、厚さ10μmの感光性ポリマーからなる上部絶縁膜46で覆われている。
下向きの半導体チップ52の電極パッド53形成面には、下部絶縁膜54、配線55、上部絶縁膜56が順次形成されている。配線55は、一端が電極パッド53に接続され、他端には接続部59に接続するための円形パッドが形成されている。下向きの半導体チップ52の下面は、それらの円形パッドの一部が露出するように、厚さ10μmの感光性ポリマーからなる上部絶縁膜56で覆われている。
そして、上向きの半導体チップ42の円形パッドと下向きの半導体チップ52の円形パッドが接続部59を介して接合されている。
図6(a)および図6(b)で示した半導体集積回路41では、配線45、配線55、接続部59を介して、半導体チップ42、半導体チップ52、ディスクリート電子部品48が必要な箇所に応じて相互に電気的接続がなされていることになる。
図6(a)および図6(b)では、半導体チップ52の電極パッド53は全て半導体チップ42の電極パッド43と電気的に接続しているが、半導体チップ52専用の接続パッドを半導体チップ42上に配線45の一部として設けるようにしてもよい。
図7は上述した半導体集積回路41をパッケージ化した状態を示す説明図であり、上述した半導体集積回路41は、この図に示すようなパッケージ73に組み立てられる。
図8(a)および図8(b)はウェーハ状態の半導体集積回路を示す説明図であり、この図に示すように、上述した半導体集積回路は、ウェーハ100の状態で終始一貫して組み立て、最後にダイシングを行うことで個片化する。
このようにして、複数の電極パッドが設けられた半導体チップの表面を、電極パッドが露出されるように下部絶縁膜で被覆し、その上に複数の配線を形成して、配線の一端を電極パッド接続するとともに、配線の他端に部品接続端子を設け、部品接続端子が露出されるように配線部を上部絶縁膜で被覆し、異なる配線の部品接続端子間にディスクリート電子部品を接続することにより、半導体チップ上に、小さなディスクリート電子部品を複数個搭載することができ、これによりプリント配線板上の部品点数を削減することができる。
1,41,72 半導体集積回路
2,22,42,52 半導体チップ
3,23,43,53 電極パッド
4,24,44,54 下部絶縁膜
5,25,45,55 配線
6,26,46,56 上部絶縁膜
7,27,47 部品接続端子
8,28,48 ディスクリート電子部品
9 タイシング位置
11 ダイアタッチ材
12 ワイヤー
14 ダイパッド
15 プリント回路基板
15a 絶縁部
15b 導電部
16 エポキシ系樹脂
17 リード端子
19,29 外部接続端子
27a 外部接続端子形成用の接続部
59 接続部
70,71,73 半導体パッケージ
2,22,42,52 半導体チップ
3,23,43,53 電極パッド
4,24,44,54 下部絶縁膜
5,25,45,55 配線
6,26,46,56 上部絶縁膜
7,27,47 部品接続端子
8,28,48 ディスクリート電子部品
9 タイシング位置
11 ダイアタッチ材
12 ワイヤー
14 ダイパッド
15 プリント回路基板
15a 絶縁部
15b 導電部
16 エポキシ系樹脂
17 リード端子
19,29 外部接続端子
27a 外部接続端子形成用の接続部
59 接続部
70,71,73 半導体パッケージ
Claims (5)
- 複数の接続電極が表面に設けられた半導体チップと、
接続電極が露出されるように半導体チップの表面を被覆する下部絶縁層と、
下部絶縁層上に形成され、一端が接続電極に接続されるとともに、他端もしくは一端と他端の途中に部品用接続部または/および外部端子用接続部が設けられた複数の配線部と、
部品用接続部および外部端子用接続部が露出されるように配線部を被覆する上部絶縁層と、
異なる部品用接続部間に接続された電子部品と、
電子部品が接続された半導体チップ面と同一面に存在する外部端子用接続部に形成された外部接続端子とを備え、
半導体チップに接続された電子部品は、その接続後の高さが外部接続端子よりも低いことを特徴とする半導体集積回路。 - 前記配線部の一部分は、一端に外部端子用接続部が設けられ、他端に部品用接続部が設けられている配線部であることを特徴とする請求項1記載の半導体集積回路。
- 請求項1または2記載の半導体集積回路の外部接続端子に、他の半導体集積回路をフリップチップ接続してなる半導体集積回路。
- 請求項1または2記載の半導体集積回路をダイパットに搭載し、接続電極とリード端子とをワイヤーで接続し、半導体集積回路、ダイパットおよびワイヤーを樹脂により封止し、リード端子の一部を露出させてなる半導体集積回路装置。
- 請求項1または2記載の半導体集積回路を、絶縁基板と導電部からなるプリント回路基板の一方面に搭載し、接続電極とプリント回路基板の導電部とをワイヤーで接続し、半導体集積回路およびワイヤーを樹脂により封止し、プリント回路基板の他方面に導電部と電気的に接続された外部接続用端子を形成してなる半導体集積回路装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006174056A JP2006295208A (ja) | 2006-06-23 | 2006-06-23 | 半導体集積回路 |
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- 2006-06-23 JP JP2006174056A patent/JP2006295208A/ja active Pending
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