JP2011211077A - 半導体積層パッケージ及びその製造方法 - Google Patents

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chip
semiconductor
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Takashi Kuroki
貴志 黒木
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Oki Semiconductor Co Ltd
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Abstract

【目的】パッケージの形成面積を増大させることなく、複数の半導体パッケージを積層することが可能な半導体積層パッケージ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【構成】下部パッケージの上面において上部パッケージの底面に設けられている実装用パッドと物理的且つ電気的に接続される連結用パッドと、下部パッケージ内の半導体ＩＣチップのチップパッド及び上記連結用パッド間を電気的に接続する為の配線経路と、を備えたパッケージ接続基板を下部パッケージ内の半導体ＩＣチップの上面に固着する。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数の半導体パッケージが積層されてなる半導体積層パッケージと、その半導体積層パッケージの製造方法に関する。
現在、電子機器の高密度実装化を図るべく、夫々に半導体ＩＣ（Integrated Circuit）チップが樹脂封止されてなるパッケージを上下方向に積層するようにした半導体積層パッケージが提案されている（例えば、特許文献１の図１参照）。
かかる半導体積層パッケージにおいては、上部側のパッケージ及び下部側のパッケージ各々の底面には、夫々の半導体ＩＣチップからの入出力信号を外部に導出する為の複数の実装用パッドが設けられている。かかる実装用パッド及び半導体ＩＣチップ間はワイヤボンディングによって電気的に接続されている。又、下部側パッケージの上面には、複数の連結用パッドが形成されており、これら連結用パッド及び下部側パッケージの実装用パッド間がワイヤボンディングによって電気的に接続されている。そして、上部側パッケージの底面に形成されている実装用パッドと、下部側パッケージの上面に形成されている連結用パッドとが互いに半田ボールによって接合される。これにより、２つの半導体パッケージが積層されてなる半導体積層パッケージが構築される。
従って、下部側パッケージ内では、自身に搭載されている半導体ＩＣチップ及び実装用パッド間を接続するワイヤの領域の外周側に、上記した連結用パッド及び実装用パッド間を接続する為のワイヤの領域が必要となる。これにより、下部側パッケージの形成面積は上部側パッケージよりも大となり、半導体積層パッケージ全体の形成面積は、この下部側パッケージの形成面積となる。
よって、このような半導体積層パッケージの構造によれば、積層する半導体パッケージの数が多くなるほど、半導体積層パッケージの形成面積が大きくなってしまうという問題があった。
特開２００６−２９４６８７号公報
本発明は、パッケージの形成面積を増大させることなく、複数の半導体パッケージを積層することが可能な半導体積層パッケージ及びその製造方法を提供することを目的とするものである。
本発明による半導体積層パッケージは、第１半導体チップが搭載されている第１パッケージの底面に、第２半導体チップが搭載されている第２パッケージが積層されている半導体積層パッケージであって、前記第１パッケージの底面には前記第１半導体チップからの入出力信号をパッケージ外部に導出する為の第１の実装用パッドの複数が形成されており、前記第２パッケージは、前記第２半導体チップ及び複数の第１の接続用パッドがその一方の面に形成されていると共に、前記第１の接続用パッドの各々と電気的に接続されている第２の実装用パッドの複数が他方の面に形成されているパッケージ基板と、前記第２半導体チップの上面端部に形成されているチップパッド及び前記第１の接続用パッド間を電気的に接続する第１のワイヤと、前記第２パッケージの上面において前記第１の実装用パッドの各々に対応した位置に夫々形成されている複数の連結用パッドと、前記連結用パッド及び前記チップパッド間を電気的に接続する配線経路とを備えたパッケージ接続用基板と、を有する。
又、本発明による半導体積層パッケージの製造方法は、第１半導体チップが搭載されている第１パッケージの底面に、第２半導体チップが搭載されている第２パッケージが積層されている半導体積層パッケージの製造方法であって、複数の第１の接続用パッドが形成されているパッケージ基板に前記第２半導体チップを固着すると共に、前記第１の接続用パッド及び前記第２半導体チップのチップパッド間をワイヤボンディングによって電気的に接続する第１ステップと、複数の連結用パッドが基板中央の領域に形成されていると共に、前記基板中央の領域と基板外周の領域との間に形成されている少なくとも１の開口部と、前記基板外周の領域における前記開口部との境界部に形成されている複数の第２の接続用パッドと、前記連結用パッド及び前記第２の接続用パッド間を電気的に接続するプリント配線と、を備えたパッケージ接続用基板を、前記第２半導体チップの上面に固着する第２ステップと、前記開口部を介して前記第２の接続用パッド及び前記チップパッド間をワイヤボンディングにて電気的に接続する第３ステップと、前記パッケージ基板、前記第２半導体チップ及び前記パッケージ接続用基板を樹脂によって封止する第４ステップと、前記第１パッケージの底面に形成されている実装用パッドと前記連結用パッドとを電気的に且つ物理的に接続する第５ステップと、を有する。
本発明によれば、下部パッケージ内の半導体ＩＣチップのチップパッドと、この下部パッケージの底面に設けられている実装用パッドとを接続するワイヤを介して、上部パッケージ及び下部パッケージ各々に搭載されている半導体ＩＣチップからの入出力信号を共に、下部パッケージの実装用パッドによって外部に導出できるようになる。これにより、下部パッケージ内の半導体ＩＣチップのチップパッド及び下部パッケージの実装用パッド間を接続するワイヤよりも外側に別途、上部パッケージからの入出力信号を下部パッケージの実装用パッドに導出する為のワイヤを設けるようにした従来の構造に比して、パッケージの形成面積を縮小化することが可能になる。
半導体積層パッケージの外観を概略的に示す図である。 本発明による半導体積層パッケージの構造を表す断面図である。 パッケージ接続用基板４の上面図である。 下部パッケージ１の製造過程（第１工程）を示す図である。 下部パッケージ１の製造過程（第２工程）を示す図である。 下部パッケージ１の製造過程（第３工程）を示す図である。 下部パッケージ１の製造過程（第４工程）を示す図である。 下部パッケージ１の製造過程（第５工程）を示す図である。 パッケージ接続用基板４の他の実施例を示す上面図である。 下部パッケージ１の他の構造を示す図である。
下部パッケージの上面において上部パッケージの底面に設けられている実装用パッドに物理的且つ電気的に接続される連結用パッドと、下部パッケージ内の半導体ＩＣチップのチップパッド及び上記連結用パッド間を電気的に接続する為の配線経路と、を備えたパッケージ接続基板を下部パッケージ内の半導体ＩＣチップの上面に固着する。
図１は、本発明による半導体積層パッケージの外観の一例を示す図である。又、図２は、かかる半導体積層パッケージの断面を示す図である。
図１に示すように、本実施例による半導体積層パッケージは、夫々に半導体ＩＣチップが含まれている２つの半導体パッケージ、つまり下部パッケージ１及び上部パッケージ３が積層されてなるものである。
図２に示すように、上部パッケージ３は、パッケージ基板３１、半導体ＩＣチップ３２、ワイヤ３３、及び封止体３４からなる。パッケージ基板３１の一方の面上には半導体ＩＣチップ３２が固着されていると共に、複数の接続用パッド３１ａが形成されている。半導体ＩＣチップ３２の上面端部には、この半導体ＩＣチップ３２における各種入出力信号を外部に導出する為のチップパッド３２ａが設けられており、かかるチップパッド３２ａと上記接続用パッド３１ａとがワイヤ３３によって電気的に接続されている。ここで、パッケージ基板３１の一方の面上、半導体ＩＣチップ３２及びワイヤ３３は、樹脂材料からなる封止体３４によって覆われている。パッケージ基板３１の他方の面上には複数の実装用パッド３１ｂが形成されており、かかる実装用パッド３１ｂと上記した接続用パッド３１ａとが、パッケージ基板３１のスルーホール３１ｃを介して、プリント配線３１ｄによって電気的に接続されている。実装用パッド３１ｂ各々の表面には半田ボール２が夫々形成されており、かかる半田ボール２によって、上部パッケージ３の実装用パッド３１ｂ各々と、下部パッケージ１の連結用パッド４ａの各々とが電気的に接続される。
下部パッケージ１は、パッケージ基板１１、半導体ＩＣチップ１２、ワイヤ１３、封止体１４及びパケージ接続用基板４からなる。パッケージ基板１１の一方の面上には半導体ＩＣチップ１２が固着されていると共に、複数の接続用パッド１１ａが形成されている。パッケージ基板１１の他方の面上には複数の実装用パッド１１ｂが形成されており、かかる実装用パッド１１ｂと上記した接続用パッド１１ａとが、パッケージ基板１１のスルーホール１１ｃを介して、プリント配線１１ｄによって電気的に接続されている。尚、実装用パッド１１ｂの各々には、半田ボール１１ｅが夫々付着形成されている。半導体ＩＣチップ１２の上面端部には、この半導体ＩＣチップ１２における各種入出力信号を外部に導出する為のチップパッド１２ａが設けられており、かかるチップパッド１２ａと上記接続用パッド１１ａとがワイヤ１３によって電気的に接続されている。パッケージ基板１１の一方の面上、パッケージ接続用基板４、半導体ＩＣチップ１２及びワイヤ１３は、樹脂材料からなる封止体１４によって覆われている。
半導体ＩＣチップ１２の上面には、その一方の面が封止体１４から露出した状態でパッケージ接続用基板４が形成されている。
図３は、上部パッケージ３側からパッケージ接続用基板４の一方の面（表面）を眺めた上面図である。
図２及び図３に示すように、パッケージ接続用基板４には、半導体ＩＣチップ１２の四辺に夫々沿った４箇所の領域に開口部ＳＬが設けられている。尚、開口部ＳＬは、後述するように、ワイヤ１３の折り曲げ部の空間を確保すると共に、接続用パッド４ｂ及びチップパッド１２ａ同士を接続するワイヤボンディング作業の為の空間を提供する役目を担う。ワイヤ１３の折り曲げ部の空間には、封止体１４と同様な樹脂材料が図２に示す如く充填される。パッケージ接続用基板４は、これら開口部ＳＬにより、図３に示す如き、四角形環状の外周領域ＧＡと、中央領域ＣＡと、これら外周領域ＧＡ及び中央領域ＣＡを連結する連結領域ＲＡと、に区分けされる。中央領域ＣＡは、半導体ＩＣチップ１２の上面においてその上面端部に設けられているチップパッド１２ａを除く領域を覆うような形態を有している。又、中央領域ＣＡにおいて封止体１４から露出した面上には、上部パッケージ３の実装用パッド３１ｂの各々に対応した位置に連結用パッド４ａが夫々形成されている。外周領域ＧＡ及び開口部ＳＬの境界には、パッケージ接続用基板４の表面よりも低い位置に棚部ＴＡが設けられている。棚部ＴＡの表面には、複数の接続用パッド４ｂが形成されている。連結用パッド４ａ及び接続用パッド４ｂ間は、連結領域ＲＡ及び外周領域ＧＡ各々の表面、外周領域ＧＡに形成されているスルーホール４ｃを介して、プリント配線４ｄによって電気的に接続されている。
更に、パッケージ接続用基板４の棚部ＴＡに設けられている接続用パッド４ｂと、半導体ＩＣチップ１２のチップパッド１２ａとの間がワイヤ４ｅによって電気的に接続されている。
以上の如き構造により、上部パッケージ３の実装用パッド３１ｂ、及び下部パッケージ１の実装用パッド１１ｂ間が、半田ボール２、連結用パッド４ａ、プリント配線４ｄ、スルーホール４ｃ、接続用パッド４ｂ、ワイヤ４ｅ、ワイヤ１３、接続用パッド１１ａ、スルーホール１１ｃ及びプリント配線１１ｄによって電気的に接続される。すなわち、上部パッケージ３の半導体ＩＣチップ３２に構築されている回路網からの出力信号は、上部パッケージ３の実装用パッド３１ｂ、下部パッケージ１のパッケージ接続用基板４及びワイヤ１３を介して、下部パッケージ１の実装用パッド１１ｂによって外部出力される。又、下部パッケージ１の半導体ＩＣチップ１２に構築されている回路網からの出力信号は、ワイヤ１３を介して、下部パッケージ１の実装用パッド１１ｂによって外部出力される。一方、下部パッケージ１の実装用パッド１１ｂから入力された入力信号は、ワイヤ１３を介して下部パッケージ１の半導体ＩＣチップ１２に構築されている回路網に供給される。又、下部パッケージ１の実装用パッド１１ｂから入力された入力信号は、ワイヤ１３及びパッケージ接続用基板４、半田ボール２及び上部パッケージ３の実装用パッド３１ｂを介して、上部パッケージ３の半導体ＩＣチップ３２に構築されている回路網に供給される。
このように、図２に示す半導体積層パッケージにおいては、上部パッケージ３の半導体ＩＣチップ３２に構築されている回路網からの各種入出力信号を、上部パッケージ３の底面の中央領域に形成した複数の実装用パッド３１ｂによってパッケージ外部に導出するようにしている。一方、下部パッケージ１では、その上面に設けたパッケージ接続用基板４の中央領域ＣＡに形成されている複数の連結用パッド４ａによって、上記した実装用パッド３１ｂ各々との物理的且つ電気的接続を行う。
この際、パッケージ接続用基板４では、図３に示す如く、連結用パッド４ａに導出された入出力信号をプリント配線４ｄによって外周領域ＧＡ側に迂回させ、この外周領域ＧＡの棚部ＴＡに設けられている接続用パッド４ｂ及び半導体ＩＣチップ１２の接続用パッド１２間をワイヤ４ｅによって電気的に接続するようにしている。これにより、上部パッケージ３の半導体ＩＣチップ３２から導出された入出力信号を、下部パッケージ１の半導体ＩＣチップ１２から導出された入出力信号と同様に、ワイヤ１３を介して下部パッケージ１の底面に設けられている実装用パッド１１ｂから導出することが可能となる。
よって、かかる構造によれば、下部パッケージ１の半導体ＩＣチップ１２からの入出力信号をパッケージ外部に導出するためのワイヤ１３よりも外側に、更に、上部パッケージからの入出力信号をパッケージ外部に導出する為のワイヤを設けるようにした従来の構造に比して、パッケージ全体の形成面積を縮小化することが可能となる。この際、例え図２に示すように、下部パッケージ１の底面の外周領域だけ、つまり半導体ＩＣチップ１２の真下の中央領域を除く領域だけに複数の実装用パッド１１ｂを配置するような構造を採用した場合であっても、上記した従来の構造に比べてパッケージ全体の形成面積を縮小化できる。
次に、図２に示す下部パッケージ１の製造手順について、図４〜図８を参照しつつ説明する。
先ず、第１工程により、図４に示す如く、パッケージ基板１１の一方の面上に半導体チップ１２をダイボンディングする。尚、パッケージ基板１１には、その一方の面に複数の接続用パッド１１ａが形成されており、他方の面には実装用パッド１１ｂ、スルーホール１１ｃ及びプリント配線１１ｄが形成されている。そして、半導体ＩＣチップ１２の上面端部に設けられているチップパッド１２ａ及び接続用パッド１１ａ間をワイヤボンディング処理によりワイヤ１３で接続する。
次に、第２工程により、図５に示す如く、半導体ＩＣチップ１２の上面に、図２及び図３に示す如き構造を有するパッケージ接続用基板４を固着する。尚、半導体ＩＣチップ１２にパッケージ接続用基板４が固着された状態で、その上面を眺めた場合、図５に示すように、パッケージ接続用基板４の各開口部ＳＬから、半導体ＩＣチップ１２のチップパッド１２ａが表れる。更に、開口部ＳＬによって形成される空間内に、チップパッド１２ａ及び接続用パッド１１ａ間を接続するワイヤ１３の折り曲げ部が露出する。
次に、第３工程により、図６に示す如く、パッケージ接続用基板４の棚部ＴＡに形成されている接続用パッド４ｂ及び半導体ＩＣチップ１２のチップパッド１２ａ間を、ワイヤボンディング処理によりワイヤ４ｅで接続する。
次に、第４工程により、図７に示すように、半導体ＩＣチップ１２、パッケージ基板１１の一方の面及びパッケージ接続用基板４をエポキシ樹脂等の樹脂材料によって封止する。これにより封止体１４が形成される。
次に、第５工程により、図８に示すように、パッケージ基板１１の実装用パッド１１ｂの各々に半田ボール１１ｅを付着形成する。
そして、このように構築された下部パッケージ１の上面に形成されている連結用パッド４ａの各々と、上部パッケージ３の底面に形成されている実装用パッド３１ｂ各々とを半田ボール２によって接合することにより、本発明による半導体積層パッケージが製造される。
尚、上記実施例においては、パッケージ接続用基板４として、半導体ＩＣチップ１２のチップパッド１２ａ及び接続用パッド４ｂ間をワイヤボンディングする領域を確保する為の開口部ＳＬを、図３に示す如く４箇所に分散して設けたものを用いているが、図９に示すように開口部ＳＬを１箇所にだけ設けたものを採用するようにしても良い。
又、上記実施例においては、下部パッケージ１のパッケージ基板１１として、図２に示すように、その底面の中央領域（半導体ＩＣチップ１２が固着されている領域の真下の領域）を除く外周領域だけに、複数の実装用パッド１１ｂを形成したものを採用しているが、図１０に示すように、その中央領域にも実装用パッド１１ｂを配置したものを採用しても良い。
１ 上部パッケージ
３ 下部パッケージ
４ パッケージ接続用基板
１１、３１ 基板
１２、３２ 半導体ＩＣチップ

Claims (5)

  1. 第１半導体チップが搭載されている第１パッケージの底面に、第２半導体チップが搭載されている第２パッケージが積層されている半導体積層パッケージであって、
    前記第１パッケージの底面には前記第１半導体チップからの入出力信号をパッケージ外部に導出する為の第１の実装用パッドの複数が形成されており、
    前記第２パッケージは、
    前記第２半導体チップ及び複数の第１の接続用パッドがその一方の面に形成されていると共に、前記第１の接続用パッドの各々と電気的に接続されている第２の実装用パッドの複数が他方の面に形成されているパッケージ基板と、
    前記第２半導体チップの上面端部に形成されているチップパッド及び前記第１の接続用パッド間を電気的に接続する第１のワイヤと、
    前記第２パッケージの上面において前記第１の実装用パッドの各々に対応した位置に夫々形成されている複数の連結用パッドと、前記連結用パッド及び前記チップパッド間を電気的に接続する配線経路とを備えたパッケージ接続用基板と、を有することを特徴とする半導体積層パッケージ。
  2. 前記パッケージ接続用基板は前記第２半導体チップの上面に固着されており、前記パッケージ接続用基板の一方の面が前記第２パッケージの上面を為すことを特徴とする請求項１記載の半導体積層パッケージ。
  3. 前記パッケージ接続用基板は、前記連結用パッドが配置されている中央領域と基板外周の外周領域との間において前記第２半導体チップの前記チップパッドの各々を露出させる開口部と、前記外周領域における前記開口部との境界部に形成されている複数の第２の接続用パッドと、を備え、
    前記配線経路は、前記連結用パッド及び前記第２の接続用パッド間をプリント配線によって電気的に接続するプリント配線区間と、前記開口部において前記第２の接続用パッド及び前記チップパッド間を第２のワイヤによって電気的に接続するワイヤ配線区間と、を含むことを特徴とする請求項２記載の半導体積層パッケージ。
  4. 前記第２の接続用パッドの各々は、前記パッケージ接続用基板の前記一方の面よりも低い位置に配置されており、
    前記開口部内に、前記第１のワイヤの折り曲げ区間、及び前記第２のワイヤによる前記ワイヤ配線区間が含まれていることを特徴とする請求項３記載の半導体積層パッケージ。
  5. 第１半導体チップが搭載されている第１パッケージの底面に、第２半導体チップが搭載されている第２パッケージが積層されている半導体積層パッケージの製造方法であって、
    複数の第１の接続用パッドが形成されているパッケージ基板に前記第２半導体チップを固着すると共に、前記第１の接続用パッド及び前記第２半導体チップのチップパッド間をワイヤボンディングによって電気的に接続する第１ステップと、
    複数の連結用パッドが基板中央の領域に形成されていると共に、前記基板中央の領域と基板外周の領域との間に形成されている少なくとも１の開口部と、前記基板外周の領域における前記開口部との境界部に形成されている複数の第２の接続用パッドと、前記連結用パッド及び前記第２の接続用パッド間を電気的に接続するプリント配線と、を備えたパッケージ接続用基板を、前記第２半導体チップの上面に固着する第２ステップと、
    前記開口部を介して前記第２の接続用パッド及び前記チップパッド間をワイヤボンディングにて電気的に接続する第３ステップと、
    前記パッケージ基板、前記第２半導体チップ及び前記パッケージ接続用基板を樹脂によって封止する第４ステップと、
    前記第１パッケージの底面に形成されている実装用パッドと前記連結用パッドとを電気的に且つ物理的に接続する第５ステップと、を有することを特徴とする導体積層パッケージの製造方法。
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