JP2007281201A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置、特に半導体チップを3次元的に積層して配置したチップスタック
構造のSiP(System in Package;以下SiPと記載する)に関する。
The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a SiP (System in Package; hereinafter referred to as SiP) having a chip stack structure in which semiconductor chips are three-dimensionally stacked.
近年、半導体パッケージにおける構造の高密度化および複雑化が進展する中一つの半導
体パッケージ内部に、各種の機能を有する複数の半導体チップを配線基板上にスペーサを
介して3次元的に積層する、チップスタック構造のSiPが注目を浴びている。
A chip in which a plurality of semiconductor chips having various functions are three-dimensionally stacked on a wiring substrate via a spacer in one of the semiconductor packages in which the density and complexity of the structure of the semiconductor package have been increasing in recent years. Stacked SiP is attracting attention.
通常、上述の構造を有するSiPでは、一つのパッケージ内部において高密度に積層さ
れた複数の半導体チップが同時に動作することとなり、一つの半導体チップのみがパッケ
ージされたシングルチップ品に比べ、パッケージ内部の発熱量が大きくなる。半導体チッ
プから発生する熱がパッケージ内部で過剰に蓄積すると、チップの動作不良等の問題が生
じる恐れがある。従って、SiPの安定した動作を確保するためには、パッケージ内部で
発生した熱をその外部へ効率よく放熱する必要がある。
In general, in a SiP having the above-described structure, a plurality of semiconductor chips stacked at a high density inside one package operate simultaneously, and compared with a single chip product in which only one semiconductor chip is packaged, The calorific value increases. If heat generated from the semiconductor chip is excessively accumulated in the package, there is a possibility that problems such as chip malfunction may occur. Therefore, in order to ensure the stable operation of the SiP, it is necessary to efficiently dissipate the heat generated inside the package to the outside.
半導体チップで発生する熱をパッケージ外部へ効率的に逃がすための従来技術として、
半導体チップ直下の配線基板内部に放熱用ビアを形成したパッケージ構造が知られている
(例えば、特許文献1参照。)。
As a conventional technology for efficiently releasing heat generated in a semiconductor chip to the outside of the package,
A package structure in which a heat radiating via is formed inside a wiring board directly under a semiconductor chip is known (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、この従来技術では主要な放熱経路が半導体チップ直下の放熱用ビア一箇
所のみとなる構造であるため、発熱量の大きいSiPにこの従来技術を適用しても、パッ
ケージ内部からその外部への放熱効果が不十分となり、パッケージ内部における過剰な発
熱に起因した半導体チップの動作不良等の問題が発生する恐れがある。
本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、放熱効果の高いチップスタッ
ク構造の半導体装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a chip stack structure semiconductor device having a high heat dissipation effect.
上記目的を達成するために、本発明の一態様の半導体装置は、配線基板と、前記配線基
板上に搭載された第一の半導体チップと、チップ搭載部と前記チップ搭載部より外方に延
びた支持部とを有し、前記チップ搭載部が前記第一の半導体チップ上に搭載され、前記支
持部が前記配線基板に固定されたスペーサと、前記スペーサの前記チップ搭載部上に搭載
された第二の半導体チップと、前記配線基板と前記第一及び第二の半導体チップとを電気
的に接続する接続部材と、前記配線基板上で前記第一の半導体チップ、前記スペーサ、前
記第二の半導体チップ及び前記接続部材を封止する、前記スペーサよりも熱伝導率の低い
封止体を備えたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a semiconductor device of one embodiment of the present invention includes a wiring board, a first semiconductor chip mounted on the wiring board, a chip mounting portion, and an outer side extending from the chip mounting portion. The chip mounting portion is mounted on the first semiconductor chip, the support portion is mounted on the wiring board, and the spacer is mounted on the chip mounting portion of the spacer. A second semiconductor chip; a connection member for electrically connecting the wiring board and the first and second semiconductor chips; and the first semiconductor chip, the spacer, and the second on the wiring board. A sealing body that seals a semiconductor chip and the connection member and has a lower thermal conductivity than the spacer is provided.
また、本発明の別の態様の半導体装置は、第一の放熱手段を有し、かつ前記第一の放熱手
段の外縁部に信号供給手段及び第二の放熱手段を有する配線基板と、前記配線基板の前記
第一の放熱手段上に搭載された、第一の電極を有する第一の半導体チップと、チップ搭載
部と前記チップ搭載部より外方に延びた支持部とを有し、前記チップ搭載部が前記第一の
半導体チップ上に搭載され、前記支持部の端部が前記配線基板の前記第二の放熱手段に固
定されたスペーサと、前記スペーサの前記チップ搭載部上に搭載された、第二の電極を有
する第二の半導体チップと、前記配線基板の前記信号供給手段と前記第一及び第二の半導
体チップの前記第一及び前記第二の電極とをそれぞれ電気的に接続する接続部材と、前記
配線基板上で前記第一の半導体チップ、前記スペーサ、前記第二の半導体チップ及び前記
接続部材を封止する、前記スペーサよりも熱伝導率の低い封止体を備えたことを特徴とす
る。
According to another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device having a first heat radiating means, a wiring board having a signal supply means and a second heat radiating means at an outer edge portion of the first heat radiating means, and the wiring A first semiconductor chip having a first electrode mounted on the first heat dissipation means of the substrate; a chip mounting portion; and a support portion extending outward from the chip mounting portion; A mounting portion is mounted on the first semiconductor chip, and an end portion of the support portion is mounted on the chip mounting portion of the spacer, and a spacer fixed to the second heat radiation means of the wiring board. Electrically connecting the second semiconductor chip having the second electrode, the signal supply means of the wiring board, and the first and second electrodes of the first and second semiconductor chips, respectively. A connecting member and the first semiconductor on the wiring board; Chip, the spacer, sealing the second semiconductor chip and the connecting member, characterized by comprising a lower sealing body thermal conductivity than said spacer.
本発明によれば、放熱効果の高いチップスタック構造の半導体装置を提供することがで
きる。
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the semiconductor device of a chip stack structure with a high heat dissipation effect can be provided.
以下、本発明の実施形態に係る半導体装置およびその製造方法について図面を参照して
説明する。
A semiconductor device and a manufacturing method thereof according to embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
まず、図1乃至図3を参照して、本発明の実施例1に係るチップスタック構造の半導体
装置について説明する。図1は、本発明の実施例1に係る半導体装置において封止体を透
視した状態の上面図、図2は、本発明の実施例1に係る半導体装置の下面図、図3(a)
は、図1の一点鎖線A−A’における断面図、図3(b)は、図1の一点鎖線B−B’に
おける断面図である。
First, a chip stack structure semiconductor device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 is a top view of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention as seen through the sealing body, FIG. 2 is a bottom view of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, and FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along one-dot chain line AA ′ in FIG. 1, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along one-dot chain line BB ′ in FIG.
図1乃至図3に示したように、本実施例に係る半導体装置では、配線基板100上面の
中央部には、第一の電極106を有する第一の半導体チップ105が接着剤101を介し
て搭載され、第一の半導体チップ105上には接着剤102を介してスペーサ110が搭
載され、スペーサ110の端部が配線基板100に固定部材115により固定されている
。このスペーサ110上には接着剤103を介して第二の電極121を有する第二の半導
体チップ120が搭載されており、また第一の半導体チップ105の第一の電極106及
び第二の半導体チップ120の第二の電極121がそれぞれ配線基板100に接続部材1
25によって電気的に接続されている。さらに配線基板100上において、封止体130
により、第一の半導体チップ105、スペーサ110、第二の半導体チップ120、及び
接続部材125が封止されている。
As shown in FIGS. 1 to 3, in the semiconductor device according to the present embodiment, a
25 is electrically connected. Further, on the
Thus, the
また、第一の半導体チップ105直下の配線基板100部分及びスペーサ110の端部
直下の配線基板100部分には、第一の放熱手段135及び第二の放熱手段145がそれ
ぞれ形成されている。また、接続部材125と配線基板100との接続部分には、信号供
給手段155が形成されている。さらに、配線基板100の下面には、マザーボード等(
図示せず)へ実装するための金属ボール160が取り付けられている。
Further, a first heat radiation means 135 and a second heat radiation means 145 are formed on the
A
以下、上述した各構成部材等について、詳細に説明を行う。 Hereinafter, each of the above-described constituent members will be described in detail.
配線基板100は、例えば、樹脂材料、有機高分子材料またはセラミック材料等からなる
絶縁性基材層(図示せず)とCu、Al等からなる導電性配線層(図示せず)が積層され
た構造となっている。また、配線基板100の形状は、例えば上下面が同一四角形状であ
る矩形平面形状となっている。
The
第一の半導体チップ105は、例えば、Si等の半導体基板に所定の回路機能素子等が
形成されたものであり、上面を上方に向けて配線基板100上に、接着剤101を介して
搭載されている。第一の半導体チップ105で発生した熱の大部分は、第一の半導体チッ
プ105直下の配線基板100に形成された第一の放熱手段135に伝達されて外部に放
出される。
The
また、第一の半導体チップ105は、上面の周縁部に回路機能素子等と電気的に接続さ
れた第一の電極106を有しており、第一の電極106は、金属材料、例えばAlやCu
等によって形成されている。また、第一の電極106の少なくとも一部を残し、その他の
上面部分には、外部応力等からチップを保護するため、例えば、SiO2、SiN、ポリ
イミド樹脂等の構成材料からなるパッシベーション膜(図示せず)が形成されている。
Further, the
Etc. are formed. In addition, a passivation film made of a constituent material such as SiO 2 , SiN, or polyimide resin is used for protecting the chip from external stress or the like on at least a part of the
接着剤101、102、103は、ここでは、例えば、エポキシ系樹脂等の樹脂材料が
用いられているが、第一の半導体チップ105から配線基板100、または第二の半導体
チップ120からスペーサ110への熱伝導性を高めるためには、例えば、エポキシ樹脂
等にAgフィラーを含有したAgペーストや、アルミナ、窒化ボロン等のセラミックを含
有したシリコーンまたはゴム状材料等のような封止体130よりも熱伝導率の高いものを
用いることが好ましい。
Here, for example, a resin material such as an epoxy resin is used for the
スペーサ110は、第一の半導体チップ105と第二の半導体チップ120との間に介
在されることにより、第一の半導体チップ105の第一の電極106上方に一定のスペー
スを作り、この第一の電極106へのワイヤボンディングを可能にする機能に加え、端部
を配線基板100に固定することにより、第二の半導体チップ120で発生した熱を効率
よく配線基板100に伝達するための放熱経路としての機能を有している。つまり、図3
に示すように、第二の半導体チップ120で発生した熱及び第一の半導体チップ105で
発生した熱の一部は、スペーサ110の端部直下の配線基板100部分に伝達され外部に
放出される。
The
As shown in FIG. 2, the heat generated in the
スペーサ110は、第一及び第二の半導体チップ105、120で発生した熱を効果的
に伝達するために、封止体130の構成材料よりも熱伝導率の高い材料、特にCu等の金
属材料で構成することが好ましい。
The
ここでスペーサ110は、本実施例では、図1に示したように、第一の半導体チップ1
05より大きな矩形平面形状のチップ搭載部111と、チップ搭載部111の各角部から
チップ搭載部111の対角線方向に沿って外方に伸びる支持部112とを有し、チップ搭
載部111が接着剤102を介して第一の半導体チップ105の上面に接着され、4本の
支持部112の端部が固定部材115により配線基板100の四隅の第二の放熱手段14
5に固定されている。
In this embodiment, the
A
5 is fixed.
固定材料115は、スペーサ110と配線基板100を固定するためのもので、スペー
サ110から配線基板100への熱伝導を良好にするため、封止体130よりも熱伝導率
の高い、例えばAgペースト等の樹脂材料を用いるのが好ましい。また、この固定材料1
15は、スペーサ110と封止体130の熱膨張係数の違いによってスペーサ110と配
線基板100の固定部に生じる応力を緩和するために、封止体130よりも弾性率が低い
ことが好ましい。例えば、配線基板100の絶縁性基材の弾性率が20〜30GPa、封
止体130の材料である封止樹脂の弾性率が常温で10〜30GPaである場合、固定材
料115の弾性率が常温で100MPaであるようなものを選択する。
The
15 has a lower elastic modulus than that of the sealing
第二の半導体チップ120は、第一の半導体チップ105と同様に、回路機能素子が設
けられ、上面周縁部に回路機能素子と電気的に接続された第二の電極121が形成され、
第二の電極121の少なくとも一部を残し、その他の上面部分にパッシベーション膜(図
示せず)が形成されている。
Similarly to the
A passivation film (not shown) is formed on the other upper surface portion, leaving at least a part of the
接続部材125は、例えばAuまたはCu等の金属ワイヤからなり、第一の半導体チッ
プ105の第一の電極106及び第二の半導体チップ120の第二の電極121と配線基
板100の信号供給手段155をそれぞれボンディングして電気的に接続している。この
接続部材125としては、金属ワイヤに限らずTAB(Tape Automated Bonding)テープ
等のようなものであってもよい。
The
封止体130は、スペーサ110よりも熱伝導率の低い材料、例えば熱硬化性樹脂材料
等の樹脂材料やガラス類により構成され、第一の半導体チップ105、スペーサ110、
第二の半導体チップ120及び金属ワイヤ125を直接覆うように封止して、外部応力等
から半導体装置を保護する。また、封止体130の強度等を調整するため、封止体130
に絶縁性のフィラーを充填してもよい。例えば、封止体130にシリカをフィラーとして
充填したエポキシ樹脂を用いてもよい。
The sealing
Sealing is performed so as to directly cover the
May be filled with an insulating filler. For example, an epoxy resin in which the sealing
第一の放熱手段135は、主に第一の半導体チップ105から配線基板100に伝達さ
れた熱を効率よく配線基板100の外部に放出することができ、第一の半導体チップ10
5直下の配線基板100部分に設けられている。
The first heat radiating means 135 can efficiently release the heat transmitted from the
It is provided in the
第二の放熱手段145は、主に第二の半導体チップ120からスペーサ110を介して
配線基板100に伝達された熱を効率よく配線基板100の外部に放出することができ、
配線基板100の周縁部の四隅に固定されたスペーサの支持部112の端部の直下の配線
基板100部分にそれぞれ設けられている。
The second heat dissipating means 145 can efficiently release the heat transmitted from the
The
一般的に、配線基板100の四隅には、ワイヤボンディングのための信号供給手段15
5が形成されないため、第二の放熱手段145はこの配線基板100の四隅に容易に配置
することができる。つまり、ワイヤボンディングする信号供給手段155の位置、あるい
は信号供給手段155と第一及び第二の半導体チップ105、120との配線方法を、一
般的な半導体装置から特別に変更することなく、さらには、配線基板100を特別に大き
くすることなく、第二の放熱手段145を容易に形成することができる。
Generally, signal supply means 15 for wire bonding is provided at four corners of the
5 is not formed, the second heat dissipating means 145 can be easily disposed at the four corners of the
本実施例では、第一及び二の放熱手段135、145は、いずれも上部放熱用パッド1
36、146と、この上部放熱用パッド136、146とそれぞれ対向して配線基板10
0の下面に設けられた下部放熱用パッド137、147と、この上、下部放熱用パッド1
36、137間及び146、147間の配線基板100内に設けられた放熱用ビア138
、148とで構成されている。
In this embodiment, the first and second
36, 146 and the upper
Lower
36, 137 and 146, 147 between the
148.
上、下部放熱用パッド136、146、137、147は、いずれも、放熱性をより向
上するためのもので、例えば、AlやCu等の金属被膜で形成されている。なお、上、下
部放熱用パッド136、146、137、147は、必ずしも必要ではなく、上部放熱用
パッド136、146及び下部放熱用パッド137、147のドちらか一方あるいは両方
とも省略してもよい。
The upper and lower
ビア138、148は、上、下部放熱用パッド136、137間及び146、147間
をそれぞれ熱的に接続して、第一及び第二の半導体チップ105、120からの熱をそれ
ぞれ配線基板100外部へ放出するためのもので、配線基板100を上下に貫通するビア
ホール139、149と、このビアホール139、149の内側面に設けられた、例えば
Cu、Ag、Auめっき等のめっき層140、150と、ビアホール139、149内に
埋め込まれた、配線基板100の絶縁性基材層よりも高伝熱性の材料である、例えばAg
ペースト、Cuペースト等のプラグ141、151とで構成されている。
The
It is composed of
なお、本実施例では、ビア138、148の熱伝導性を高めるためにビアホール139
、149内部に、プラグ141、151を埋め込んでいるが、ビア138、148はめっ
き層140、150とプラグ141、151の両者を必ずしも備える必要はなく、めっき
層140、150またはプラグ141、151の一方のみ備えていてもよい。
In this embodiment, via
149, plugs 141 and 151 are embedded, but the
信号供給手段155は、配線基板100の隅部に形成された第二の放熱手段145間の
配線基板100の周縁部にそれぞれ形成されている。この信号供給手段155は、第一及
び第二の放熱手段135、145と同様に、配線基板100の上面に上部電極パッド15
6、下面には上部電極パッド156と同等の大きさの下部電極パッド157が設けられ、
上、下部電極パッド156、157間の配線基板100部分にはビア168が設けられて
いる。ビア168は、配線基板100を上下に貫通するビアホール169と、ビアホール
169内側面に設けられためっき層170と、ビアホール169内に埋め込まれたプラグ
171とで構成されている。また、各信号供給手段155のビア168と配線基板100
内の絶縁性基材層に設けられた所定配線層は、互いに電気的に接続されている。
The signal supply means 155 is formed at the peripheral edge of the
6. A
A via 168 is provided in the
The predetermined wiring layers provided on the inner insulating base layer are electrically connected to each other.
なお、第一の放熱手段135のビア138、第二の放熱手段145のビア148及び信
号供給手段155のビア168は、同一径に形成され、第一及び第二の放熱手段135、
145には複数個のビア138、148がそれぞれ形成されている。
The via 138 of the first heat radiating means 135, the via 148 of the second heat radiating means 145, and the via 168 of the signal supply means 155 are formed to have the same diameter, and the first and second heat radiating means 135,
A plurality of
金属ボール160は、例えばSn−Ag系、Sn−Ag−Cu系のはんだにより形成さ
れ、第一及び第二の放熱手段135、145の下部放熱用パッド137、147にそれぞ
れ複数個設けられて外部への放熱端子として機能し、あるいは信号供給手段155の下部
電極パッド157にそれぞれ設けられて信号及び電源供給端子として機能する。
The
次に、図4を参照して、本実施例に係る半導体装置の製造工程について説明する。図4
は本実施例に係る半導体装置の製造工程の概略を示す工程断面図であり、図中の左半分が
図1に示す一点破線A−A’、右半分が図1に示す一点破線B−B’における工程断面図
を示している。
Next, with reference to FIG. 4, the manufacturing process of the semiconductor device according to this example will be described. FIG.
These are process sectional drawings which show the outline of the manufacturing process of the semiconductor device which concerns on a present Example, the left half in a figure is the dashed-dotted line AA 'shown in FIG. 1, and the right half is the dashed-dotted line BB shown in FIG. The process sectional drawing in 'is shown.
まず、図4(a)に示すように、配線基板100の中央部及び隅部に第一の放熱手段1
35のビア138及び第二の放熱手段145のビア148をそれぞれ形成し、配線基板1
00を準備する。ビア138、148は、ドリルによって配線基板100にビアホール1
39、140を設け、例えばめっき法によりビアホール139、149の内側面にそれぞ
れCuめっき層140、150を形成し、さらにビアホール139、149内にそれぞれ
Cuペースト等を埋め込んでプラグ141、151とすることで形成する。また同様にし
て、配線基板100の周縁部に信号供給手段155のビア168を形成する。
First, as shown in FIG. 4A, the first heat dissipating means 1 is provided at the center and corners of the
35
Prepare 00. The
39, 140 are provided,
次に、第一の放熱手段135のビア138上方の配線基板100上面に上部放熱用パッ
ド136、第二の放熱手段145のビア148上方の配線基板100上面に上部放熱用パ
ッド146、及び信号供給手段155のビア168上方の配線基板100上面に上部電極
パッド156をそれぞれ形成し、各ビア138、148の下方の配線基板100下面に下
部放熱用パッド137、147をそれぞれ形成すると共に、信号供給手段155のビア1
68の下方の配線基板100下面に下部電極パッド157を形成する。
Next, the upper
A
次に、ダイボンディング工程において、まず、接着剤101を配線基板100中央付近
の上部放熱用パッド136上に塗布した後、第一の半導体チップ105をこの接着剤10
1を介して上部放熱用パッド136上に固着する。ここで、第一の半導体チップ105は
回路面を上にしてボンディングされる(フェースアップボンディング)。
Next, in the die bonding step, first, the adhesive 101 is applied on the upper
1 is fixed on the upper
次に、ワイヤボンディング工程において、第一の半導体チップ105の第一の電極10
6と配線基板100に形成された信号供給手段155の上部電極パッド156に金属ワイ
ヤ(接続部材125)をワイヤボンディングすることにより、第一の半導体チップ105
の第一の電極106と配線基板100の上部電極パッド156を電気的に接続する。
Next, in the wire bonding process, the first electrode 10 of the
6 and the
The
次に、図4(b)に示すように、第一の半導体チップ105上に、スペーサ110のチ
ップ搭載部111を金属ワイヤ125と接触しないように接着剤102を介して固着する
。また同時に、スペーサ110の支持部112の端部を、固定部材115により配線基板
100の隅部の上部放熱用パッド146に固定する。
Next, as shown in FIG. 4B, the
続いて、ダイボンディング工程において、スペーサ110のチップ搭載部111上に接
着剤103を介して第二の半導体チップ120を搭載する。ここで、第二の半導体チップ
120は、第一の半導体チップ105と同様、フェースアップボンディングされる。
Subsequently, in the die bonding process, the
さらに、ワイヤボンディング工程において、金属ワイヤ125を第二の半導体チップ1
20の第二の電極121と配線基板100に形成された信号供給手段155の上部電極パ
ッド156にボンディングすることにより、第二の半導体チップ120の第二の電極12
1と配線基板100の上部電極パッド156を電気的に接続する。またこのとき金属ワイ
ヤ125は、スペーサ110と接触しないようにボンディングされる。
Further, in the wire bonding step, the
The
1 and the
次に、図4(c)に示すように、モールド工程において、配線基板100上の第一の半
導体チップ105、第二の半導体チップ120、スペーサ110及び金属ワイヤ125を
絶縁性樹脂等の封止体130により封止する。続いて、配線基板100下面の下部放熱用
パッド137、147、及び下部電極パッド157に、金属ボール160をそれぞれ取り
付ける。例えば、配線基板100の下面を上方に向けた状態で、配線基板100下面の下
部放熱用パッド137、147、及び下部電極パッド157上に金属ボール160を載せ
て、リフロー処理を行うことにより、金属ボール160をそれぞれ取り付ける。以上の工
程により、本実施例に係るチップスタック構造の半導体装置が製造される。
Next, as shown in FIG. 4C, in the molding process, the
上述した本実施例に係る半導体装置では、第一及び第二の半導体チップ105、120
で発生した熱を、第一の半導体チップ105直下のみならず、スペーサ110を介して直
接配線基板100へ逃がすことができるため、従来の半導体装置に比べ、高い放熱効果を
得ることができる。つまり、従来の半導体装置では、第一の半導体チップ105直下のみ
に放熱経路が形成されているのに対し、本実施例に係る半導体装置では、第一の半導体チ
ップ105直下のみならず、スペーサ110を経由して、直接配線基板100に熱を伝達
する放熱経路が形成されているため、放熱経路の増加により放熱効果を向上させることが
できる。
In the semiconductor device according to this embodiment described above, the first and
Since the heat generated in step 1 can be released not only directly below the
また、第一の半導体チップ105直下の配線基板100部分に第一の放熱手段135を
形成し、さらにスペーサ110の支持部112と配線基板100の固定部直下の配線基板
100部分に第二の放熱手段145を設けることで、配線基板100に伝達された熱を、
第一及び第二の放熱手段135、145を介して、効率よく配線基板100の外部へ放出
することができる。
In addition, the first heat radiation means 135 is formed in the portion of the
Through the first and second
さらに、本実施例のように、第二の放熱手段145を配線基板100の隅部に配置すれ
ば、信号供給手段155の位置、あるいは信号供給手段155と第一及び第二の半導体チ
ップ105、120との配線方法を特別に変更することなく、第二の放熱手段145を容
易に形成することができ、簡易な方法で放熱効果を向上することができる。
Further, if the second heat radiation means 145 is arranged at the corner of the
さらにまた、ビア138、148下方の配線基板100部分の下面に下部放熱用パッド
137、147及び金属ボール160を設け、金属ボール160を、例えば配線基板10
0等よりも熱容量の大きいマザーボード等へ接合することで、半導体装置内部で発生した
熱を効率的にマザーボード等の半導体装置外部へ放出することが可能になる。
Furthermore, lower
By joining to a motherboard having a larger heat capacity than 0 or the like, it is possible to efficiently release the heat generated inside the semiconductor device to the outside of the semiconductor device such as the motherboard.
次に、図5乃至図7を参照して、本発明の実施例2に係るチップスタック構造の半導体
装置について説明する。図5は本発明の実施例2に係る半導体装置の上面図、図6は本発
明の実施例2に係る半導体装置の下面図、図7(a)は図5の一点鎖線C−C’における
断面図、図7(b)は図5の一点鎖線D−D’における断面図である。
Next, a semiconductor device having a chip stack structure according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 5 is a top view of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention, FIG. 6 is a bottom view of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 7A is a one-dot chain line CC ′ in FIG. FIG. 7B is a cross-sectional view taken along one-dot chain line DD ′ in FIG.
本実施例に係る半導体装置は、上述した実施例1に係る半導体装置とはスペーサ210
及び第二の放熱手段245の構成が異なるが、他の構成については実施例1とほぼ同様で
あるため、同様の構成については同一符号を付して詳細な説明を省略する。また、本実施
例に係る半導体装置の製造方法に関しては、上記した実施例1に係る半導体装置の製造方
法とほぼ同一であるため説明は省略する。
The semiconductor device according to the present embodiment is different from the semiconductor device according to the first embodiment described above with the
Although the configuration of the second
本実施例に係る半導体装置では、配線基板100中央部の第一の放熱手段135上には
、第一の電極106を有する第一の半導体チップ105が接着剤101を介して搭載され
ており、第一の半導体チップ105上には、接着剤102を介してスペーサ210が搭載
されており、スペーサ210上には、接着剤103を介して第二の電極121を有する第
二の半導体チップ120が搭載されている。
In the semiconductor device according to the present embodiment, the
また、第一及び第二の半導体チップ105、120の第一及び第二の電極106、12
1は、それぞれ矩形平面形状の配線基板100の一方の相対する2辺に沿って設けられた
、実施例1と同様の信号供給手段155の上部電極パッド156に金属ワイヤ125によ
って電気的に接続され、さらに配線基板100上で、封止体130により第一の半導体チ
ップ105、スペーサ210、第二の半導体チップ120及び金属ワイヤ125(接続部
材125)が封止され、また下部放熱用パッド137、247、下部電極パッド157に
それぞれ金属ボール160が設けられている。
The first and
1 is electrically connected by
そして、本実施例では、図5に示したように、スペーサ210は、矩形平面形状のチッ
プ搭載部211とチップ搭載部211の相対する側面からそれぞれ外方に延びる支持部2
12とを備えた形状を有している。支持部212は、外方に向かうに従って幅が拡がるよ
うに形成され、その端部は配線基板100の他方の相対する2辺とほぼ同じ長さを有する
帯状に形成され、配線基板100上面のこの相対する2辺に沿ってそれぞれ固定部材11
5により固定されている。
In this embodiment, as shown in FIG. 5, the
12. The
5 is fixed.
また、このスペーサ210の支持部212の端部直下の配線基板100部分には、第二
の放熱手段245が設けられている。
A second heat radiating means 245 is provided on the portion of the
この第二の放熱手段245は、帯状の上、下部放熱用パッド246、247と、この上
、下部放熱用パッド246、247間に設けられた複数のビア248とで構成され、各ビ
ア248は、実施例1と同様に、ビアホール249、めっき層250、プラグ251で構
成されている。
The second heat radiating means 245 includes a belt-like upper and lower
上記した本実施例に係る半導体装置では、第一及び第二の半導体チップ105、120
で発生した熱を、第一の半導体チップ105直下の放熱経路のみならず、スペーサ210
からの放熱経路によっても、直接、配線基板100へ伝達して逃がすことができるため、
従来の半導体装置に比べ放熱経路が増加することから、高い放熱効果を得ることができる
。
In the semiconductor device according to the above-described embodiment, the first and
In addition to the heat dissipation path directly below the
Because it can be directly transmitted to the
Since the heat radiation path is increased as compared with the conventional semiconductor device, a high heat radiation effect can be obtained.
しかも、本実施例に係る半導体装置では、スペーサ210の支持部212が配線基板1
00の辺とほぼ同じ長さを有する帯状に形成されている。そのため、上述の実施例1に係
る半導体装置のスペーサ110の支持部112の端部と配線基板100との固定部面積S
1(図1参照)に比べ、図5に示したように、本実施例に係る半導体装置のスペーサ21
0の支持部212端部と配線基板100との固定部面積S2は大きくなっている。スペー
サ110から配線基板100への熱伝導性は、スペーサ110、210と配線基板100
の固定部面積の大きさに大きく依存し、固定部面積が大きいほド高くなる。従って、本実
施例に係る半導体装置では、上述した実施例1に係る半導体装置よりも、スペーサ210
から配線基板100への放熱効果をさらに向上することができる。
Moreover, in the semiconductor device according to this embodiment, the
It is formed in a strip shape having substantially the same length as the 00 side. Therefore, the fixed portion area S between the end portion of the
1 (see FIG. 1), as shown in FIG. 5, the spacer 21 of the semiconductor device according to the present embodiment.
Fixing portion area S 2 of the
It largely depends on the size of the fixed portion area, and the larger the fixed portion area, the higher the height. Accordingly, in the semiconductor device according to the present embodiment, the
The heat dissipation effect from the wiring to the
次に、図8及び図9を参照して、本発明の実施例3に係るチップスタック構造の半導体
装置について説明する。図8は本発明の実施例3に係る半導体装置の上面図、図9は図8
の一点鎖線E−E’における断面図である。本実施例に係る半導体装置は、上記した実施
例に係る半導体装置とは、スペーサと第二の放熱手段との固定部分の構造が異なり、他の
構造については上記実施例とほぼ同様であるので、同様の構成については、同一符号を付
して詳細な説明は省略する。
Next, with reference to FIG. 8 and FIG. 9, a semiconductor device having a chip stack structure according to Embodiment 3 of the present invention will be described. FIG. 8 is a top view of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention, and FIG.
It is sectional drawing in dashed-dotted line EE '. The semiconductor device according to the present embodiment is different from the semiconductor device according to the above-described embodiment in the structure of the fixing portion between the spacer and the second heat radiation means, and the other structure is substantially the same as the above-described embodiment. The same components are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof is omitted.
上記実施例1、2では、スペーサ110、210の支持部112、212の端部は、配
線基板100の上面に形成された第二の放熱手段145、245の上部放熱用パッド14
6、246に固定されているが、本実施例では、図8及び図9に示すように、第二の放熱
手段345は、複数のビア148と下部放熱用パッド147とで構成され、上部放熱用パ
ッドは備えていない。複数のビア148は、それぞれビアホール149、めっき層150
、プラグ151によって構成されているが、その上部にはプラグ151が埋め込まれてお
らず、開口部が配線基板100の上面に露呈された構造となっている。
In the first and second embodiments, the end portions of the
In this embodiment, as shown in FIGS. 8 and 9, the second heat radiation means 345 includes a plurality of
The
また本実施例に係るスペーサ310は、上記実施例1、2と同様の形状のチップ搭載部
311と支持部312を有するが、支持部312の端部には第二の放熱手段345の各ビ
ア148と同数の突出片313が設けられている。
The
そして、スペーサ310は、支持部312の突出片313が各ビア148の開口部にそ
れぞれ挿入されて、突出片313を覆うように開口部に埋め込まれた固定材料115によ
り第二の放熱手段345に固定されている。
Then, the
上記した本実施例の半導体装置においても、上記実施例1と同様に、第一及び第二の半
導体チップ105、120で発生した熱を、第一の半導体チップ105直下の放熱経路の
みならず、スペーサ310及びビア148による放熱経路を介して配線基板100外部に
放出する。従って、従来の半導体装置に比べ放熱経路が増加することから、高い放熱効果
を得ることができる。
Also in the semiconductor device of the present embodiment described above, the heat generated in the first and
また、本実施例では、上部放熱用パッドを省略するため、上記実施例1、2に比べて半
導体装置の製造を簡略化することができる。
Further, in this embodiment, since the upper heat radiation pad is omitted, the manufacturing of the semiconductor device can be simplified as compared with the first and second embodiments.
次に、図10を参照して、本発明の実施例4に係るチップスタック構造の半導体装置に
ついて説明する。図10は本発明の実施例4に係る半導体装置のスペーサの支持部の要部
を示す側面図である。
Next, a semiconductor device having a chip stack structure according to the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a side view showing the main part of the support portion of the spacer of the semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention.
本実施例に係る半導体装置は、上述した実施例1乃至3に係る半導体装置において、ス
ペーサ110、210、310の支持部112、212、312にそれぞれ弾性部112
a、212a、312aをそれぞれ設けたもので、他の構成については上記実施例1乃至
3とほぼ同様である。以下、説明に際しては、必要に応じて、図1乃至図9を用いて説明
する。
The semiconductor device according to the present embodiment is the same as the semiconductor device according to any of the first to third embodiments described above, but the
a, 212a and 312a are provided, and the other configurations are substantially the same as those of the first to third embodiments. Hereinafter, description will be made with reference to FIGS. 1 to 9 as necessary.
図10に示すように、本実施例の半導体装置では、上記実施例1乃至3に係る半導体装
置において、スペーサ110、210、310の支持部112、212、312の一部、
すなわちスペーサ110、210、310のチップ搭載部111、211、311と支持
部112、212、312の端部との間の支持部112、212、312部分に弾性部1
12a、212a、312aが形成されている。
As shown in FIG. 10, in the semiconductor device of this example, in the semiconductor device according to Examples 1 to 3, a part of the
That is, the elastic portion 1 is formed on the
12a, 212a, 312a are formed.
この弾性部112a、212a、312aは、例えば、図10(a)に示すように、ス
ペーサ110、210、310のチップ搭載部111、211、311と支持部112、
212、312の端部との間の支持部112、212、312部分を凹凸状に屈曲させる
ことにより形成される。また、図10(b)に示すように、弾性部112a、212a、
312aは、支持部112、212、312部分の一部に切り込みを設け、厚さを薄くす
ることによって形成されてもよい。
For example, as shown in FIG. 10A, the
It is formed by bending the
312a may be formed by providing a cut in a part of the
上記した本実施例の半導体装置では、スペーサ110、210、310の支持部112
、212、312の一部に弾性部112a、212a、312aを設けているので、配線
基板100とスペーサ110、210、310と封止体130との熱膨張差により発生す
るスペーサ110、210、310にかかる応力を緩和することが可能となる。
In the semiconductor device of this embodiment described above, the
, 212, 312 are provided with
従って、スペーサ110、210、310と配線基板100の固定部を外部応力から保
護することができるため、スペーサ110、210、310から配線基板100への安定
した放熱を確保することが可能となる。
Accordingly, since the fixing portions of the
本発明は上述した各実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で
種々変更して、実施することができる。例えば、各実施例では、配線基板上方に第一の半
導体チップと第二の半導体チップの二つの半導体チップのみを搭載した半導体装置につい
て説明したが、各実施例に係る半導体装置において、積層される半導体チップ間にそれぞ
れスペーサを挟持させつつ、3以上の半導体チップを配線基板上方に搭載することもでき
る。このような3以上の半導体チップを積層する半導体装置においては、スペーサのうち
少なくとも一つを配線基板に固定させることにより、半導体装置の放熱効果を高めること
ができる。
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the invention. For example, in each embodiment, the semiconductor device in which only two semiconductor chips, the first semiconductor chip and the second semiconductor chip, are mounted above the wiring board has been described. However, in the semiconductor device according to each embodiment, the semiconductor devices are stacked. It is also possible to mount three or more semiconductor chips above the wiring board while sandwiching spacers between the semiconductor chips. In such a semiconductor device in which three or more semiconductor chips are stacked, the heat dissipation effect of the semiconductor device can be enhanced by fixing at least one of the spacers to the wiring board.
また、各実施例に係る半導体装置では、スペーサと配線基板の固定部は、配線基板の隅
部または配線基板の対向する2辺に沿って設けたが、これに限定されることなく、半導体
装置に求められる放熱特性に合わせて、さらにボンディングされた金属ワイヤに接触しな
い範囲で、スペーサの形状またはスペーサと配線基板の固定部の位置を適宜変化させるこ
とにより、スペーサと配線基板の固定部の面積を変更してもよい。また、第一及び第二の
放熱手段の上、下部放熱用パッドの形状やビア径についても、スペーサと同様、半導体装
置に求められる放熱特性等に合わせて、適宜変えてもよい。
In the semiconductor device according to each embodiment, the spacer and the fixing portion of the wiring board are provided along the corner of the wiring board or the two opposite sides of the wiring board. However, the semiconductor device is not limited to this. The area of the spacer and the fixed part of the wiring board can be changed by appropriately changing the shape of the spacer or the position of the fixed part of the spacer and the wiring board within a range not contacting the bonded metal wire in accordance with the heat dissipation characteristics required for May be changed. Further, the shape and via diameter of the lower heat dissipating pad on the first and second heat dissipating means may be appropriately changed in accordance with the heat dissipating characteristics required for the semiconductor device as in the case of the spacer.
100・・・配線基板
105・・・第一の半導体チップ
106・・・第一の電極
110、210、310・・・スペーサ
111、211、311・・・スペーサのチップ搭載部
112、212、312・・・スペーサの支持部
112a、212a、312a・・・スペーサの弾性部
115・・・固定部材
120・・・第二の半導体チップ
121・・・第二の電極
125・・・接続部材(金属ワイヤ)
130・・・封止体
135・・・第一の放熱手段
138、148・・・放熱用ビア
145、245、345・・・第二の放熱手段
155・・・信号供給手段
DESCRIPTION OF
130 ... Sealing
Claims (7)
前記配線基板上に搭載された第一の半導体チップと、
チップ搭載部と前記チップ搭載部より外方に延びた支持部とを有し、前記チップ搭載部が
前記第一の半導体チップ上に搭載され、前記支持部が前記配線基板に固定されたスペーサ
と、
前記スペーサの前記チップ搭載部上に搭載された第二の半導体チップと、
前記配線基板と前記第一及び第二の半導体チップとを電気的に接続する接続部材と、
前記配線基板上で前記第一の半導体チップ、前記スペーサ、前記第二の半導体チップ及び
前記接続部材を封止する、前記スペーサよりも熱伝導率の低い封止体と、
を備えたことを特徴とする半導体装置。 A wiring board;
A first semiconductor chip mounted on the wiring board;
A spacer having a chip mounting portion and a support portion extending outward from the chip mounting portion, the chip mounting portion being mounted on the first semiconductor chip, and the support portion being fixed to the wiring board; ,
A second semiconductor chip mounted on the chip mounting portion of the spacer;
A connection member for electrically connecting the wiring board and the first and second semiconductor chips;
A sealing body that seals the first semiconductor chip, the spacer, the second semiconductor chip, and the connection member on the wiring board, and has a lower thermal conductivity than the spacer;
A semiconductor device comprising:
手段を有する配線基板と、
前記配線基板の前記第一の放熱手段上に搭載された、第一の電極を有する第一の半導体チ
ップと、
チップ搭載部と前記チップ搭載部より外方に延びた支持部とを有し、前記チップ搭載部が
前記第一の半導体チップ上に搭載され、前記支持部の端部が前記配線基板の前記第二の放
熱手段に固定されたスペーサと、
前記スペーサの前記チップ搭載部上に搭載された、第二の電極を有する第二の半導体チッ
プと、
前記配線基板の前記信号供給手段と前記第一及び第二の半導体チップの前記第一及び前記
第二の電極とをそれぞれ電気的に接続する接続部材と、
前記配線基板上で前記第一の半導体チップ、前記スペーサ、前記第二の半導体チップ及び
前記接続部材を封止する、前記スペーサよりも熱伝導率の低い封止体と、
を備えたことを特徴とする半導体装置。 A wiring board having a first heat dissipating means and having a signal supplying means and a second heat dissipating means at the outer edge of the first heat dissipating means;
A first semiconductor chip having a first electrode mounted on the first heat dissipation means of the wiring board;
A chip mounting portion and a support portion extending outward from the chip mounting portion, wherein the chip mounting portion is mounted on the first semiconductor chip, and an end portion of the support portion is the first portion of the wiring board. A spacer fixed to the second heat dissipation means;
A second semiconductor chip having a second electrode mounted on the chip mounting portion of the spacer;
A connection member for electrically connecting the signal supply means of the wiring board and the first and second electrodes of the first and second semiconductor chips, respectively.
A sealing body that seals the first semiconductor chip, the spacer, the second semiconductor chip, and the connection member on the wiring board, and has a lower thermal conductivity than the spacer;
A semiconductor device comprising:
とする請求項2記載の半導体装置。 3. The semiconductor device according to claim 2, wherein the first and second heat radiating means have vias that vertically penetrate the wiring board.
の前記支持部は、前記チップ搭載部の角部から前記チップ搭載部の外方に延びており、前
記配線基板の隅部に固定されることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項記載の半
導体装置。 The chip mounting portion of the wiring substrate and the spacer has a rectangular planar shape, and the support portion of the spacer extends outward from the chip mounting portion from a corner portion of the chip mounting portion. 4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is fixed to a corner.
の前記支持部は、前記チップ搭載部の相対する側面から前記チップ搭載部の外方に延びて
おり、前記配線基板上面の相対する2辺に沿って固定部が帯状になるように前記配線基板
に固定されることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項記載の半導体装置。 The chip mounting portion of the wiring substrate and the spacer has a rectangular planar shape, and the support portion of the spacer extends outward from the chip mounting portion from an opposite side surface of the chip mounting portion. 4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is fixed to the wiring substrate so that the fixing portion has a strip shape along two opposite sides of the upper surface. 5.
されていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the spacer is fixed to the wiring board by a fixing member having a lower elastic modulus than the sealing body.
1乃至6のいずれか一項記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the spacer includes an elastic portion in at least a part of the support portion.
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- 2006-04-06 JP JP2006105744A patent/JP2007281201A/en active Pending
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