JP2007123595A - 半導体装置及びその実装構造 - Google Patents

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Abstract

【課題】部品実装の工程でパッケージスタックが可能な半導体装置を従来技術を用いて安価に製造する。
【解決手段】本発明の半導体装置は、インターポーザー１上に搭載した半導体チップ３とその周囲を封止樹脂１１で封止した構造を持つ半導体装置に於いて、電極６、及び電極７からワイヤ３を用いて配線を引き出し半導体装置周囲表面の任意の位置に電極１２を形成する構造を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、パッケージスタックに用いられる半導体装置及びその実装構造に関する。
近年の携帯型電子機器では、電子部品の実装密度の向上と小型多ピンの電子部品の採用とがすすんでいる。部品の小型多ピン化については、ＢＧＡ，ＣＳＰと呼ばれるパッケージの普及により、従来のＱＦＰ、ＳＯＰに比較して部品の実装密度が向上してきている。
一方、装置の小型化により、プリント配線板の面積は縮小され、高密度実装の要求は一層高まってきている。その結果、平面上に部品を搭載するだけでは限定されたスペースには納まりきらず、ＬＳＩパッケージ内に複数のチップを積層し部品面積を小さくする、またはモジュール、ＬＳＩパッケージをスタックすることなどが行われてきている。
例えば、特許文献１に記載されている従来の半導体装置は、半導体チップ１００を２枚の配線基板１０２，１０７ではさむ構造をとっており、ワイヤ１０８で２枚の配線基板を電気的に接続している。半導体チップ１００の下に設けられている配線基板１０７の下の面には、はんだボール１１０を搭載し、半導体チップ１００の上側に設けられている配線基板１０２の上面には、上部に他の半導体装置を搭載する電極１０３を形成している。これらを１つのＬＳＩパッケージとして上に積み上げていく構造を実現している（図１６参照）。
特許文献２に記載されている従来の半導体装置では、１つのＬＳＩパッケージ内に複数のＬＳＩチップ２０４，２０８を積層し実装するために、インターポーザー２０２上に搭載した半導体チップ２０４をワイヤボンディング技術によりワイヤ２０６で配線し樹脂封止した後、半導体装置天面の封止樹脂２０７を研削してワイヤ２０６のループの頂点を露出させ、天面側にスタック用の電極を確保している（図１７参照）。
特開２００３−８６７３３（段落００２７〜００３２、図１） 特開２００４−６３８２４（段落００２５−００２７、図１）
しかしながら、この特許文献１に開示された半導体装置にはいくつかの問題がある。第１の問題点は、特許文献１の半導体装置に於いて１つの半導体で２枚の配線基板が必要となりコスト増となる。第２の問題点は、本文献の半導体装置を入手してスタックモジュールを製造する場合、ワイヤのループが露出した状態になるために取り扱いが困難である。
特許文献２に開示された半導体装置にもいくつかの問題がある。第１の問題点は、ワイヤのループ頂点を電極として用いるためには、切削した同一表面上に複数のワイヤのループ頂点の断面を形成する必要があり、これにはワイヤのループ高さがワイヤ径の直径の範囲内で揃う必要がある。更にワイヤのループ頂点を切削して形成された断面を電極としているため、この電極の面積はワイヤ径に依存し小さいためワイヤボンディング時の位置あわせが困難である。第２の問題点は、スタックの度にチップ搭載→ワイヤボンディング→封止→研削／電極露出の工程が繰り返し必要となるため、工程が複雑になりコストアップの要因となる。
本発明の目的は、パッケージスタックに用いられる半導体装置を提供することにある。
本発明は、インターポーザー上に搭載した半導体チップとその周囲を封止した構造の半導体装置に於いて、半導体チップ上、および／またはインターポーザー上に形成された第１の電極から封止構造表面の任意の位置に形成した第２の電極までを金属導体により接続した構造を持ち、その金属導体の配線と封止構造表面の第２の電極の形成にワイヤ、またはリードフレームを用いた構造を特徴とする。
本発明の半導体装置はインターポーザー１上に搭載した半導体チップとその周囲を封止した構造の半導体装置に於いて、半導体チップ上、および／またはインターポーザー上に形成された第１の電極、及び該電極から封止構造表面の任意の位置に形成した第２の電極までを金属導体により接続した構造である。金属導体及び電極を形成する方法としてワイヤを用いた場合、ワイヤの終端を放電、又は他の金属をロウ付けすることによりワイヤ径より大きくすることができ、その後の樹脂封止、及び研削工程により封止構造表面に容易に大きな面積を持つ電極を形成することができる。
同様に金属導体及び第２の電極を形成する方法としてリードフレームを用いた場合も、一体で成形したリードフレームをはんだなどの接合材料を用いて半導体チップ上またはインターポーザー上の第１の電極に搭載することで一括して配線の引き出しが可能となり、その後の樹脂封止、及び研削工程に於いて封止構造表面に容易に大きな面積を持つ電極を形成することができる。
第１の効果は、絶縁体で封止された半導体装置周囲表面の任意の位置にワイヤ配線を用いて電極形成することで、パッケージスタックを容易に実現できる半導体装置を提供することができる。
第２の効果は、半導体装置周囲の任意の位置に電極を形成できることで、プリント配線板上に近接して実装した半導体装置を実装したプリント配線板を介さず配線することを可能とし、更に近接して配線した半導体装置上にスタック実装を組み合わせることができる。そして、上記の実装構造を繰り返すことで、上下前後左右と３次元的に半導体装置を積み上げていくことを可能とする。
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１に本発明の第１の実施形態を示す。本発明の半導体装置に於いて前記半導体装置周囲表面には電極１２が形成されている。電極１２は、金属導体であるワイヤ３により本半導体装置を封止した封止樹脂１１を横断し、インターポーザー１上に形成された電極７、または半導体チップ２上に形成された電極６と接合されている。ワイヤ３による配線の引き回しにより、半導体装置の封止樹脂１１表面の任意の位置に電極１２を形成できる。図１において、符号１３ははんだバンプである。
次に、図２〜８を参照して第１の実施の形態の製造方法を説明する。まず、図２のように、外部に配線するための電極８を持つインターポーザー１上に半導体チップ２を搭載する。そして、図３のように、金属導体であるワイヤ３の端を半導体チップ２上の電極６、またはインターポーザー１上の電極７に接合する。配線を引き回しインターポーザー１上の任意の高さに於いて、放電によってワイヤ３を溶解、または、はんだ材など他の金属のロウ付けをすることで球状の端子部を形成して切断する。
次に、図４のように、封止樹脂１１を用いて、インターポーザー１上のワイヤ３および半導体チップ２をインターポーザー１上にポッティング、液状トランスファーモールドといった手法で封止する。
次に、図５のように、封止樹脂１１を固化した後、図中斜線部に相当する封止樹脂部分を研磨し金属ワイヤ３の球状に形成した終端部を露出させて電極１２とする（図５）。続いて、図６のように、側面に引き出したワイヤ３についても、図中の斜線部分に相当する封止樹脂部分を切断研磨し、天面電極と同様に仕上げ、図７のように電極１２とする。更に必要であれば、研磨により半導体装置周囲表面に形成された電極１２の周囲にリソグラフ技術を用いて電極を形成する。
最後に、図８のように、電極１２にはんだペーストの印刷、糸はんだを用いたはんだ供給により電極１２上にはんだバンプ１３を形成して図1に示した本発明の半導体装置を得る。図９は、図１の半導体装置の２個を横方向に接続した構造で（ａ）は平面図であり、（ｂ）図は断面図である。図中、符号２０は半導体装置を接続する導電材料を示す。図１０は、図９の構造において、さらに半導体装置を1個積層した構造である。また、図１１は、図１の半導体装置の２個を積層した構造を示す。
次に本発明の第２の実施形態を示す。図１では配線の自由度を向上させるためワイヤ３による配線引き回しを実施している。本実施の形態では、ファンイン、ファンアウトのような引き出し配線であればワイヤ３に代わって、図１２、図１４に示すような薄い金属板をエッチング技術により型抜きし、プレス曲げにより一括形成したリード１３、及びリード１４を利用した。これらのリードを使用した場合の半導体装置の構造をそれぞれ図１３、図15に示す。なお、図１２〜図１５において、各（ａ）図は平面図、各（ｂ）図は断面図を示す。
次に本発明の第３の実施形態を示す。図１ではインターポーザー上に搭載した半導体チップ２とインターポーザー１とをワイヤにより配線しているが、本実施の形態では、図１８のように、半導体チップをフリップチップ実装した。そそて、ワイヤボンディング技術により半導体装置表面へ引き出した。
次に本発明の第４の実施形態を示す。図９に記載した例では、近接して実装した半導体装置同士を接合材料により直接接合している。しかし、本実施例では基板反りにより接合部に応力が集中する場合を考慮して、基板変形に接合部の構造が追従し変形することで応力を緩和できるように、図１９に示すバネ構造を持つリード５０を介在させて接合した。この実施例を図２０に示す。なお、図１９の符号５２は導電材料、符号５１は絶縁体テープを示す。本例では、環状の断面をもつリード５０を使用しているが、断面がＵ型、Ｗ型など他の構造も考えられる。
本発明の活用例として、メモリーやＳｉＰパッケージに使用される半導体装置が挙げられる。
本発明の半導体装置の第１の実施の形態を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態の半導体装置の製法を示す工程図である。 本発明の第１の実施の形態の半導体装置の製法を示す工程図である。 本発明の第１の実施の形態の半導体装置の製法を示す工程図である。 本発明の第１の実施の形態の半導体装置の製法を示す工程図である。 本発明の第１の実施の形態の半導体装置の製法を示す工程図である。 本発明の第１の実施の形態の半導体装置の製法を示す工程図である。 本発明の第１の実施の形態の半導体装置の製法を示す工程図である。 本発明の半導体装置の実施の形態を示した図である。 本発明の半導体装置の実施の形態を示した図である。 本発明の半導体装置の実施の形態を示した図である。 本発明の半導体装置の第２の実施例を示す樹脂封止前の平面図と断面図である。 本発明の半導体装置の第２の実施例を示す樹脂封止前の平面図と断面図である。 本発明の半導体装置の第２の実施例を示す樹脂封止後の平面図と断面図である。 本発明の半導体装置の第２の実施例を示す樹脂封止後の平面図と断面図である。 特許文献１に記載の半導体装置の平面図と断面図である。 特許文献２に記載の半導体装置の平面図と断面図である。 本発明の半導体装置の第３の実施の形態を示す断面図である。 本発明の半導体装置の第４の実施の形態に用いるリードの斜視図である。 本発明の半導体装置の第４の実施の形態を示す面図と断面図である。
符号の説明
１ インターポーザー
２ 半導体チップ
３ ワイヤ
６ 電極
７ 電極
８ 電極
１１ 封止樹脂
１２ 電極
１３ リード
１４ リード
２０ 導電材料
５０ リード
５１ 絶縁体テープ
５２ 導電材料

Claims (5)

  1. インターポーザー上に搭載した半導体チップとその周囲を封止した構造を持つ半導体装置に於いて、前記半導体チップ上、および／または前記インターポーザー上に形成された第１の電極から前記封止構造表面の任意の位置に形成した第２の電極までを金属導体により接続した構造を特徴とする半導体装置。
  2. 前記金属導体が、ワイヤボンディング技術を用いて形成されており、前記第２の電極を形成するワイヤ終端ではワイヤの径の大きさを配線途中の径より大きくし、そのまま電極として用いることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
  3. 前記金属導体および前記第１の電極が、リードフレームを用いて形成された構造を特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
  4. 請求項１、請求項２または請求項３に記載の半導体装置を平面に２個以上並べて搭載した実装構造に於いて、前記半導体装置の隣接しあう側面の電極同士を導体材料で直接接続することを特徴とする半導体装置の実装構造。
  5. 平面に並べて搭載した前記半導体装置の少なくとも１個以上に於いて、垂直方向にスタックして実装することを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の実装構造。
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