JP2013115190A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】オーバーハング部を持つ2段以上の積層構造であっても、オーバーハング部の支持を確実にできる半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】複数の第1電極パッド11が配置された第1半導体チップ10を配線基板50上に搭載する工程と、複数の第2電極パッド21が配置された第2半導体チップ20を、第1半導体チップの短辺に対し第2半導体チップの短辺が直角に位置し、配線基板と第2半導体チップの短辺との間に隙間を形成するべく、第1半導体チップ上に積層する工程と、隙間に、第2半導体チップの長辺側から第2半導体チップの短辺と平行な方向に向かって第1アンダーフィル23を充填する工程と、第1電極パッドと配線基板に形成された接続パッド51とを第1ワイヤ61で電気的に接続する工程と、第1アンダーフィルを充填する工程後、第2電極パッドと接続パッドとを第2ワイヤ61で電気的に接続する工程と、を含む半導体装置の製造方法。
【選択図】図2
【解決手段】複数の第1電極パッド11が配置された第1半導体チップ10を配線基板50上に搭載する工程と、複数の第2電極パッド21が配置された第2半導体チップ20を、第1半導体チップの短辺に対し第2半導体チップの短辺が直角に位置し、配線基板と第2半導体チップの短辺との間に隙間を形成するべく、第1半導体チップ上に積層する工程と、隙間に、第2半導体チップの長辺側から第2半導体チップの短辺と平行な方向に向かって第1アンダーフィル23を充填する工程と、第1電極パッドと配線基板に形成された接続パッド51とを第1ワイヤ61で電気的に接続する工程と、第1アンダーフィルを充填する工程後、第2電極パッドと接続パッドとを第2ワイヤ61で電気的に接続する工程と、を含む半導体装置の製造方法。
【選択図】図2
Description
本発明は半導体装置の製造方法に関する。
半導体装置の高密度化を図るために、複数の半導体チップを積み重ねることが行われている。このような半導体装置はMCP(Multi Chip Package)とも呼ばれる。
MCPによる半導体装置は、通常、ワイヤボンディングのために、上段の半導体チップの一部が下段の半導体チップからはみ出す、いわゆるオーバーハング部を持つことを要求される。このようなオーバーハング部は、半導体チップの薄型化と相俟って、以後のワイヤボンディングや樹脂封止の工程においてチップクラックや反り等の発生の原因となるので、補強対策が必要である。
この補強対策の一例として、特許文献1には、以下のような技術が記載されている。配線基板上に接着剤を配置し、第1半導体チップをフリップチップ実装することで、接着剤を第1半導体チップの外部にはみ出させ、はみ出た接着剤で、第1半導体チップ上に搭載される第2半導体チップのオーバーハング部を支持する。
しかしながら、上記の半導体装置では、接着剤のはみ出し量が不足すると、上段のチップ(第2半導体チップ)と配線基板との隙間を接着剤で埋めることができないおそれがある。
また下段の第1半導体チップをフリップチップ実装する際の接着剤をはみ出させるように構成しているため、半導体チップが3段以上に積層される半導体装置では、3段目の半導体チップのオーバーハング部を支持することが困難となる。
そこで、本発明の課題は、オーバーハング部を持つ2段の積層構造だけでなく、3段以上の積層構造であっても、オーバーハング部の支持を確実にした半導体装置の製造方法を提供することにある。
本発明の態様による半導体装置の製造方法は、
複数の接続パッドを有する配線基板を準備する工程と、
略長方形で短辺に沿って複数の第1電極が配置された第1半導体チップを、前記配線基板上に搭載する工程と、
略長方形で短辺に沿って複数の第2電極が配置された第2半導体チップを、前記第1半導体チップの短辺に対し前記第2半導体チップの短辺が直角に位置すると共に、前記配線基板と前記第2半導体チップの短辺との間に隙間を形成するように、前記第1半導体チップ上に積層する工程と、
前記隙間に、前記第2半導体チップの長辺側から前記第2半導体チップの短辺と平行な方向に向かって第1樹脂を充填する工程と、
前記第1電極と前記接続パッドとを第1ワイヤで電気的に接続する工程と、
前記第1樹脂を充填する工程後、前記第2電極と前記接続パッドとを第2ワイヤで電気的に接続する工程と、を含む。
複数の接続パッドを有する配線基板を準備する工程と、
略長方形で短辺に沿って複数の第1電極が配置された第1半導体チップを、前記配線基板上に搭載する工程と、
略長方形で短辺に沿って複数の第2電極が配置された第2半導体チップを、前記第1半導体チップの短辺に対し前記第2半導体チップの短辺が直角に位置すると共に、前記配線基板と前記第2半導体チップの短辺との間に隙間を形成するように、前記第1半導体チップ上に積層する工程と、
前記隙間に、前記第2半導体チップの長辺側から前記第2半導体チップの短辺と平行な方向に向かって第1樹脂を充填する工程と、
前記第1電極と前記接続パッドとを第1ワイヤで電気的に接続する工程と、
前記第1樹脂を充填する工程後、前記第2電極と前記接続パッドとを第2ワイヤで電気的に接続する工程と、を含む。
本発明によれば、2段目となる第2半導体チップの短辺側と配線基板との間の隙間に第1樹脂が充填されて第2半導体チップのオーバーハング部が第1樹脂で支持されるように構成されている。これにより、オーバーハングするように積層配置される第2半導体チップとして、より薄型化した半導体チップを用いることができ、以後の一括モールドによる封止体の薄型化及び半導体装置の薄型化を図ることができる。また封止体の薄型化を図ることで、半導体装置の反りの低減にもつながる。さらに第2半導体チップのオーバーハング部に樹脂を充填することで、オーバーハング部へのボイドの発生を抑制し、半導体装置の信頼性を向上できる。
本発明の実施形態について説明する前に、本発明が適用され得る半導体装置の一例及びその主要な製造工程について説明する。
図17及び図18は、半導体装置の概略構成を示す断面図及び平面図である。図18の平面図では封止樹脂あるいは封止体(図17の215)が省略されている。
図示の半導体装置200は、配線基板211、第1半導体チップ212、第2半導体チップ213、ワイヤ(ボンディングワイヤ)214、封止樹脂215及び半田ボール216を有している。
配線基板211は、例えば、略四角形の板状のガラスエポキシ基板であって、絶縁基材111と、その両面にパターン形成された配線層(図示せず)と、配線層を覆うように形成された絶縁膜(ソルダーレジスト膜)112とを有している。配線基板211の一面側の配線層には複数の接続パッド113が接続形成されている。また、配線基板211の他面側の配線層には複数のランド部114が接続形成されている。複数の接続パッド113は、図2に示すように、配線基板211の一面の周縁部近傍に配列形成されている。また、複数のランド部114は、配線基板211の他面に格子状に配置されている。複数の接続パッド113と複数のランド部114とは、それらに連続する配線と絶縁基材111を貫くビア等により互いに接続されている。接続パッド113にはワイヤ214が接続され、ランド部114には半田ボール216が搭載される。
絶縁膜112は、例えばソルダーレジスト(SR)である。絶縁膜112は、予め定められた所定の領域を除いて配線基板211の両面全面に形成される。換言すると、絶縁膜112は、その一部が所定の領域に関して除去されており、一つ以上の開口部を有している。例えば、配線基板211の一面側には、開口部115,116が形成される。開口部115は、複数の接続パッド113が形成された領域及びその周辺領域を露出させる。開口部116は、後述する第2半導体チップ213のオーバーハング部132に対向する領域又はそれより広い領域を露出させる。配線基板211の他面側においても、複数のランド部114をそれぞれ露出させる開口部が形成される。
第1半導体チップ212は、略四角形の板状で、一面側に所定の回路及び電極パッド121が形成されている。複数の電極パッド121は、第1半導体チップ212の一辺に沿って配列形成されている。第1半導体チップ212は、配線基板211の一面側の中央付近で、図の左側に偏った位置に搭載されている。具体的には、第1半導体チップ212は、その一辺が開口部116の一辺に一致するように開口部116に隣接して配置されている。第1半導体チップ212の他面は、DAF(Die Attached Film)等の接着部材122により配線基板211の絶縁膜112が形成されている領域に接着固定される。
第2半導体チップ213は、第1半導体チップ212と同様に、略四角形の板状で、一面側に所定の回路及び電極パッド131が形成されている。複数の電極パッド131は、第2半導体チップ213の一対の辺に沿って配列形成されている。
第2半導体チップ213は、第1半導体チップ212の上に積層搭載されている。第2半導体チップ213は、第1半導体チップ212の電極パッド121が形成された領域を覆うことがないように、図の右側にずらして配置される。その結果、第2半導体チップ213の一部は、第1半導体チップ212に対して外側にはみ出し、オーバーハング部132を形成する。ここでは、第2半導体チップ213は、第1半導体チップ212の一辺に直角な方向にはみ出すように配置されている。第2半導体チップ213の他面は、DAF等の接着部材133により第1半導体チップ212に接着固定される。
ワイヤ214は、例えばAu等の導電性金属からなる。ワイヤ214は、複数の電極パッド121及び131とこれらに対応する接続パッド113との間を電気的に接続する。
封止樹脂215は、絶縁性樹脂であって、配線基板211の一方の面側を覆うように、第1半導体チップ212、第2半導体チップ213及びワイヤ214を封止する。
次に、図19を参照して、配線母基板300を用いた半導体装置の製造方法を工程順に説明する。
まず、図19(a)に示すように、配線母基板300上に、第1半導体チップ212及び第2半導体チップ213を順番に搭載する。第1半導体チップ212は、開口部116に隣接し、その一辺が開口部116の一辺に一致するように、搭載される。第1半導体チップ212は、他面に設けられたDAF等の接着部材122により配線母基板300に接着固定される。同様に、第2半導体チップ213は、他面に設けられたDAF等の接着部材133により第1半導体チップ212の一面に接着固定される。
第2半導体チップ213は、第1半導体チップ212の電極パッド121(図17)を露出させるように、また、オーバーハング部132が、開口部116内の領域の少なくとも一部の真上に位置するように積層される。このとき、オーバーハング部132が第1半導体チップ212に対して突き出す方向は、封止樹脂の注入方向に対して垂直な方向(図の右方向)である。
次に、図18、図19(b)に示すように、第1半導体チップ212の電極パッド121と対応する接続パッド113との間、及び第2半導体チップ213の電極パッド131と対応する接続パッド113との間を、それぞれワイヤ214により接続する。ワイヤ214を用いた結線には、図示しないワイヤボンディング装置を用いることができる。結線は、例えば、超音波熱圧着法を用いたボールボンディングにより行われる。具体的には、溶融によりボールが形成されたワイヤ214の先端を電極パッド121又は131上に超音波熱圧着し、ワイヤ214が所定のループ形状を描くように、ワイヤ214の後端を対応する接続パッド113上に超音波熱圧着する。
次に、図19(c)に示すように、配線母基板300の一面側に、一括モールドによって封止樹脂(封止体)215を形成する。
次に、図19(d)に示すように、配線母基板300の他面側のランド部114にそれぞれ半田ボール216を搭載する。これらの半田ボール216が、半導体装置200の外部端子として利用される。
次に、図19(e)に示すように、封止樹脂215をダイシングテープ251に接着し、封止樹脂215及び配線母基板300をダイシングテープ251に支持させる。それから図示しないダイシングブレードを用いて、配線母基板300及び封止樹脂215をダイシングライン234(図19d)に沿って縦横に切断する。これにより、配線母基板300は、製品形成部毎に個片化される。その後、個片化された製品形成部及び封止樹脂215をダイシングテープ251からピックアップすることで、図17に示すような半導体装置200が得られる。
図1は本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す平面図である。図2(a)は図1のA−A’間の断面図、図2(b)は図1のB−B’間の断面図である。
図2において、配線基板50は、例えば、四角形の板状のガラスエポキシ基板であって、絶縁基材50−1と、その両面にパターン形成された配線層(図示せず)と、配線層を覆うように形成されたソルダーレジスト膜(絶縁膜)50−2とを有している。配線基板50の一面側においてはその四つの周辺に沿ってソルダーレジスト膜50−2にSR開口部50−2aが形成され、これにより露出した配線層には複数の接続パッド51が接続形成されている。一方、配線基板50の他面側の配線層には複数のランド部52が接続形成されている。
第1の実施形態に係る半導体装置では、図1及び図2に示すように、配線基板50上に、4つの半導体チップ10,20,30,40、例えばメモリチップが、番号順に積層搭載されている。4つの半導体チップ10,20,30,40はそれぞれ、同じ回路とパッド配置で構成され、例えば長方形の板状であり、長方形の短辺に沿って複数の電極パッド11,21,31,41が配置されている。各半導体チップは、隣接する半導体チップに対して板面に平行な面上で90度回転された状態でDAF(Die Attached Film)等の接着部材12,22,32,42を介して積層されている。特に、ここでは、2段目、4段目の半導体チップ20,40が、その2つの短辺側が下側で隣接する半導体チップ10,30の長辺側からオーバーハングするように配置されている。よって2段目、4段目の半導体チップ20,40の両側のオーバーハング部の下側には隙間が形成される。
2段目の半導体チップ20の短辺側と配線基板50との間の隙間には、図2(a)に示すように、第1樹脂層(下部側樹脂層)、例えばアンダーフィル材(第1アンダーフィル23)が充填されている。3段目の半導体チップ30の短辺側と1段目の半導体チップ10との間の隙間と、4段目の半導体チップ40の短辺側と2段目の半導体チップ20の短辺側との間の隙間とは、第2樹脂層(上部側樹脂層)、例えばアンダーフィル材(第2アンダーフィル33)が充填されている。
以上のように、積層体を構成している複数の半導体チップのオーバーハング部はそれぞれ樹脂層が充填されて支持されるように構成されている。これにより、オーバーハングするように配置される半導体チップとして、より薄型化した半導体チップを用いることができ、封止体60の薄型化及び半導体装置1の薄型化を図ることができる。また封止体60の薄型化を図ることで、半導体装置1の反りの低減にもつながる。さらに半導体チップのオーバーハング部に樹脂をアンダーフィルとして充填することで、オーバーハング部へのボイドの発生を抑制し、半導体装置の信頼性を向上できる。
図3〜図9は、第1の実施形態に係る半導体装置の組立フロー(製造工程)を示す平面図(図a)及び断面図(図b)である。第1の実施形態に係る半導体装置の製造工程は、基本的には、図17〜図19を参照して説明した製造工程と同じであり、主たる相違点は、第1、第2アンダーフィル23、33の充填工程にある。
図3に示すように、複数の製品形成部PFがマトリクス状に配置された配線母基板100が準備される。図3では、1つの製品形成部と、それを四方から囲む製品形成部の一部を示している。
配線母基板100のそれぞれの製品形成部の略中央位置に第1半導体チップ10がDAF等の接着部材12を介して搭載される。続いて、第2半導体チップ20が、第1半導体チップ10に対して板面に平行な面上で90度回転して搭載される。具体的には、第2半導体チップ20は、第1半導体チップ10の短辺に対し第2半導体チップ20の短辺が直角になり、しかも第2半導体チップ20の短辺側が第1半導体チップ10の長辺側からオーバーハングするように、第1半導体チップ10上に積層される。図3では、第2半導体チップ20の両方の短辺側が第1半導体チップ10の両方の長辺側からオーバーハングし、第2半導体チップ20の短辺と配線母基板100との間に隙間が形成される。
次に図4に示すように、第2半導体チップ20の長辺側から第2半導体チップ20の短辺と平行な方向に沿って、オーバーハング部の下の隙間に第1アンダーフィル23(第1樹脂層)を充填する。尚、アンダーフィルの滴下位置は、例えば図4(a)にUF滴下位置として示すように、第2半導体チップ20の一方の対角線上の2つのコーナーに近い位置からそれぞれオーバーハング部の下の隙間に充填する。配線基板50の近傍に滴下されたアンダーフィル材は毛細管現象により第2半導体チップ20の長辺側からオーバーハング部の下の隙間に流れ込み、前記隙間がアンダーフィル材で充填される。アンダーフィル材の充填後、配線母基板100を所定温度、例えば140度程度でベークすることで、アンダーフィル材を硬化させる。このように第2半導体チップ20のオーバーハング部を第1樹脂(第1アンダーフィル23)で支持することで、オーバーハングするように配置される第2半導体チップ20として、より薄型化した半導体チップを用いることができる(塗布位置側が樹脂の広がりが大きい)。さらに、第2半導体チップ20の長辺側からアンダーフィルを滴下させることで、アンダーフィルが第1半導体チップ10上にのり上げた場合でも、第1半導体チップ10の短辺側に配置された電極パッドがアンダーフィルで覆われるリスクを低減できる。
次にワイヤボンディング工程では、図5に示すように、第1半導体チップ10の電極パッド(第1電極)11と配線基板50の接続パッド51とを導電性のワイヤ(第1ワイヤ)61により電気的に接続し、第2半導体チップ20の電極パッド(第2電極)21と配線基板50の接続パッド51とを導電性のワイヤ(第2ワイヤ)61により電気的に接続する。ワイヤとしては、例えばAuワイヤが用いられる。ここで、第2半導体チップ20のオーバーハング部の下の隙間を第1アンダーフィル23(第1樹脂層)で充填し、支持するように構成したことで、薄い厚さの第2半導体チップ20であっても、チップクラックや反り等を発生させること無く、オーバーハング部に配置された電極パッド21をワイヤ接続することができる。
図6に示すように、第3半導体チップ30と第4半導体チップ40を第2半導体チップ20の上に積層する。具体的には、第3半導体チップ30を、第2半導体チップ20と同様に、第2半導体チップ20に対して板面に平行に90度回転させて、第3半導体チップ30の短辺側が第2半導体チップ20の長辺側からオーバーハングするように、第2半導体チップ20の上に積層する。図6では、第3半導体チップ30は第1半導体チップ10と平面的に同じ位置に配置される。次に第4半導体チップ40を、同様に、第3半導体チップ30に対して板面に平行に90度回転させて、第4半導体チップ40の短辺側が第3半導体チップ30の長辺側からオーバーハングするように、第3半導体チップ30の上に積層する。第4半導体チップ40は、第2半導体チップ20と平面的に同じ位置に配置される。
次に図7に示すように、第1アンダーフィル23(第1樹脂層)の滴下位置と異なる位置から、第3半導体チップ30の短辺と第1半導体チップ10の短辺の間の隙間と、第4半導体チップ40の短辺と第2半導体チップ20の短辺の間の隙間に、第2アンダーフィル33(第2樹脂層)を充填する。尚、第2アンダーフィル33の滴下位置を、第1アンダーフィル23の滴下位置と異なる位置、ここでは、第2半導体チップ20の他方の対角線上の2つのコーナーに近い位置としている。このようにすることで、アンダーフィルの配線基板50上での広がりを抑制し、第3半導体チップ30のオーバーハング部と第4半導体チップ40のオーバーハング部の隙間の二方向を同時に充填できる。そしてアンダーフィル材の充填後、所定温度、例えば140度程度でベークすることで、第2アンダーフィル材を硬化させる。このように第3半導体チップ30のオーバーハング部と第4半導体チップ40のオーバーハング部を第2アンダーフィル33(第2樹脂層)で支持することで、オーバーハングするように配置される第3半導体チップ30及び第4半導体チップ40として、より薄型化した半導体チップを用いることができる。加えて、第3半導体チップ30のオーバーハング部の下に配置される第1半導体チップ10の電極パッド11に接続されるワイヤ61の一部が第3半導体チップ30のオーバーハング部の下に充填される第2アンダーフィル33で覆われるように構成されると共に、第4半導体チップ40のオーバーハング部の下に配置される第2半導体チップ20の電極パッド21に接続されるワイヤ61の一部が第4半導体チップ40のオーバーハング部の下に充填される第2アンダーフィル33で覆うように構成される。その効果は後述する。
また第2アンダーフィル33の滴下位置を第1アンダーフィル23の滴下位置と異なる位置とし、アンダーフィル材の配線基板50での広がりを抑制することで、配線基板50上の接続パッド51までアンダーフィル材が広がってしまうリスクを低減できる。さらに2段目、3段目、4段目の半導体チップの隙間に対しても、アンダーフィル材の広がりを抑制し、容易にアンダーフィル材を充填できる。
次にワイヤボンディング工程では、図8に示すように、第3半導体チップ30の電極パッド(第3電極)31と配線基板50の接続パッド51とを導電性のワイヤ(第3ワイヤ)61により電気的に接続し、第4半導体チップ40の電極パッド(第4電極)41と配線基板50の接続パッド51とを導電性のワイヤ(第4ワイヤ)61により電気的に接続する。ここで、第3半導体チップ30のオーバーハング部の下の隙間、第4半導体チップ40のオーバーハング部の下の隙間を第2アンダーフィル33(第2樹脂層)で充填し、支持するように構成したことで、薄い厚さの半導体チップであっても、チップクラックや反り等を発生させること無く、オーバーハング部に配置された電極パッドをワイヤ接続することができる。尚、第3、第4半導体チップ30、40の電極パッド31、41は、共通ピンがそれぞれ第1、第2半導体チップ10、20の電極パッド11,21が接続される同じ接続パッドにワイヤ接続され、独立ピンが第1、第2半導体チップ10、20の電極パッド11、21と電気的に独立した接続パッドにワイヤ接続される。
次に図9(a)に示すように、樹脂の一括モールドにより、配線母基板100の一面側の複数の製品形成部PFを一括的に覆う封止体(封止樹脂)60を形成する。
続いて図9(b)に示すように、配線母基板100の他面側のランド部52にそれぞれ半田ボール62を搭載する。これらの半田ボール62が、半導体装置1の外部端子として利用される。
図9(b)では半田ボールの搭載工程を上下逆に示しているが、半田ボール62の搭載は、例えば、複数のランド部52に対応して配列形成された複数の吸着孔を備える図示しない吸着機構を用いて行うことができる。この場合、吸着機構に複数の半田ボールを吸着保持させ、保持された半田ボールにフラックスを転写形成して、配線母基板100のランド部52に一括搭載する。その後、リフロー処理により、半田ボール62とランド部52との間を接続固定する。
次に、図19(e)で説明したように、封止体60をダイシングテープに接着し、封止体60及び配線母基板100をダイシングテープに支持させる。それから図示しないダイシングブレードを用いて、配線母基板100及び封止体60をダイシングラインに沿って縦横に切断する。これにより、配線母基板100は、製品形成部毎に個片化される。その後、個片化された製品形成部及び封止体60をダイシングテープからピックアップすることで、図1に示すような半導体装置1が得られる。
第1の実施形態では、第2、第3、第4半導体チップ20、30、40のオーバーハング部の下の隙間にアンダーフィル材を充填するように構成したことで、モールド時のオーバーハング部の下へのボイドの発生を防止でき、良好に封止体60を形成できる。またオーバーハング部の下をアンダーフィル材(樹脂層)で支持するように構成したことで、オーバーハング部があっても薄い厚さの半導体チップを積層搭載でき、封止体60の樹脂厚を薄くできる。またこれにより、半導体装置の薄型化を図ることができる。また第1の実施形態では、第3半導体チップ30のオーバーハング部の下に配置される第1半導体チップ10の電極パッド11に接続されるワイヤ61の一部、及び第4半導体チップ40のオーバーハング部の下に配置される第2半導体チップ20の電極パッド21に接続されるワイヤの一部を、それぞれアンダーフィル材(第2アンダーフィル33)で覆うように構成されているため、一括モールド時の樹脂の流動によるワイヤ流れやワイヤショートの発生を低減できる。これらにより半導体装置の信頼性を向上できる。
図10は本発明の第2の実施形態に係る半導体装置を、封止樹脂の一部を除いて示す平面図であり、図11は図10のH−H’間の断面図である。図12〜図14は、図10に示した半導体装置の組立フロー(製造工程)を示す平面図(図a)及び断面図(図b)である。
第2の実施形態に係る半導体装置は、下記の点を除いて第1の実施形態に係る半導体装置と同様に構成されている。第1の実施形態と異なる点は、3段目の第3半導体チップ30と4段目の第4半導体チップ40が、それぞれ第1半導体チップ10と第2半導体チップ20に対して平面的にシフトするように配置されている点で異なる。
すなわち、図12を参照して、第1の実施形態で説明したように、配線母基板100のそれぞれの製品形成部の略中央位置に第1半導体チップ10がDAF等の接着部材12を介して搭載され、続いて、第2半導体チップ20が、第1半導体チップ10上に板面方向に90度回転して搭載される。これにより、第2半導体チップ20の両方の短辺側が第1半導体チップ10の両方の長辺側からオーバーハングし、第2半導体チップ20の短辺と配線母基板100との間に隙間が形成される。次に、第2半導体チップ20の長辺側から第2半導体チップ20の短辺と平行な方向に沿って、オーバーハング部の下の隙間に第1アンダーフィル23(第1樹脂層)を充填する。配線基板50の近傍に滴下されたアンダーフィル材は毛細管現象により第2半導体チップ20の長辺側からオーバーハング部の下の隙間に流れ込み、前記隙間がアンダーフィル材で充填される。アンダーフィル材の充填後、配線母基板100を所定温度、例えば140度程度でベークすることで、アンダーフィル材を硬化させる。次にワイヤボンディング工程では、第1半導体チップ10の電極パッド11と配線基板50の接続パッド51、第2半導体チップ20の電極パッド21と配線基板50の接続パッド51とをそれぞれ導電性のワイヤ(ボンディングワイヤ)61、例えばAuワイヤにより電気的に接続する。
さらに、第3半導体チップ30と第4半導体チップ40を第2半導体チップ20の上に積層する。具体的には、第3半導体チップ30を、第2半導体チップ20と同様に、第2半導体チップ20に対して板面に平行に90度回転させて、第3半導体チップ30の短辺側が第2半導体チップ20からオーバーハングするように、第2半導体チップ20の上に積層する。この時、第3半導体チップ30は、その長辺に直角な方向にずらして配置される。その結果、第3半導体チップ30は第1半導体チップ10に対して図12の右向きの方向にシフトされる。次に第4半導体チップ40を、同様に、第3半導体チップ30に対して板面に平行に90度回転させて、第4半導体チップ40の短辺側が第3半導体チップ30からオーバーハングするように、第3半導体チップ30の上に積層する。この時、第4半導体チップ40は、その長辺に直角な方向にずらして配置される。その結果、第4半導体チップ40は第2半導体チップ20に対して図12(a)の下向きの方向にシフトされる。シフト量は、例えば0.3mm程度で良い。
次に、図13を参照して、第3、第4半導体チップ30、40をそれぞれ90度異なる方向にシフトさせて配置することで、図13(a)にUF滴下位置として示した重なりの無くなった平面領域を通して、第1、第2半導体チップ10、20上にアンダーフィル材を滴下する。その結果、第3半導体チップ30の短辺と第1半導体チップ10の短辺の間の隙間と、第4半導体チップ40の短辺と第2半導体チップ20の短辺の間の隙間に、第2アンダーフィル33(第2樹脂層)が充填される。
次に図14のワイヤボンディング工程に移行し、第3半導体チップ30の電極パッド31と配線基板50の接続パッド51、第4半導体チップ40の電極パッド41と配線基板50の接続パッド51とをそれぞれ導電性のワイヤ61、例えばAuワイヤにより電気的に接続する。第3半導体チップ30のオーバーハング部の下の隙間、第4半導体チップ40のオーバーハング部の下の隙間を第2アンダーフィル33(第2樹脂層)で充填し、支持するように構成したことで、薄い厚さの半導体チップであっても、チップクラックや反り等を発生させること無く、オーバーハング部に配置された電極パッドをワイヤ接続することができる。以後、封止工程が行なわれるが、図9で説明した封止工程と同じであるので説明は省略する。
以上のようにして、第2の実施形態に係る半導体装置でも、第1の実施形態と同様な効果が得られると共に、さらに第3半導体チップ30、第4半導体チップ40をそれぞれ第1半導体チップ10、第2半導体チップ20に対して平面位置をずらして配置し、第1、第2半導体チップ10、20上にアンダーフィル材を滴下できるように構成したことで、アンダーフィル材の配線基板上での広がりをさらに抑制できる。
図15は、本発明の第3の実施形態に係る半導体装置を、封止樹脂の一部を除いて示す平面図であり、図16は図15のL−L’間の断面図である。
第3の実施形態に係る半導体装置は、下記の点を除いて第1の実施形態の半導体装置と同様に構成されている。第1の実施形態と異なる点は、配線基板50に接続パッド51を形成するためのSR開口部50−2aと半導体チップの搭載領域との間の配線基板50のソルダーレジスト膜(絶縁層)50−2にスリット50−2sが形成されている点で異なる。スリット50−2sは、図15に示すように、半導体チップの略四角形の搭載領域を囲むように搭載領域の4つの辺縁に沿って4つ配置されている。尚、スリットの代わりに、凸部(突条)を形成するように構成しても良い。
第3の実施形態に係る半導体装置は、第1の実施形態と同様な効果が得られるほか、以下の効果が得られる。配線基板50の一面側に形成したSR開口部50−2aと半導体チップの搭載領域との間のソルダーレジスト膜50−2にスリット50−2sを設けたことにより、スリット50−2sがアンダーフィル材のダム(堰)となり、アンダーフィル材の配線基板50への広がりを抑制でき、接続パッド51がアンダーフィルで覆われるリスクを低減できる。勿論、第3の実施形態は、第2の実施形態に適用されても良い。
以上、本発明を複数の実施形態に基づき説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
上記実施形態では、同じパッド配置の4つの半導体チップをクロス積層する半導体装置について説明したが、半導体チップがオーバーハング部を有するように多段に積層された半導体装置であれば、どのような半導体装置に適用しても良い。
また配線基板に、4つの半導体チップを搭載する場合について説明したが、2段や3段の半導体チップ、5段以上の半導体チップを搭載したMCPに適用しても良い。
また上記実施形態では、ガラスエポキシ基材からなる配線基板について説明したが、ポリイミド基材からなるフレキシブルな配線基板等に適用しても良い。
上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
(付記1)
複数の接続パッドを有する配線基板と、
前記配線基板の上方に搭載された略長方形の第1半導体チップと、
前記第1半導体チップの一部が露出するように、前記第1半導体チップの上方に積層された略長方形の第2半導体チップと、
一部が前記第2半導体チップから突出し、この突出した一部と前記第1半導体チップの前記一部との間に隙間を形成するように、前記第2半導体チップの上方に積層された略長方形の第3半導体チップと、
前記第1半導体チップの前記一部と前記第3半導体チップの前記一部との間を埋める上部側樹脂と、を含んで構成されることを特徴とする半導体装置。
複数の接続パッドを有する配線基板と、
前記配線基板の上方に搭載された略長方形の第1半導体チップと、
前記第1半導体チップの一部が露出するように、前記第1半導体チップの上方に積層された略長方形の第2半導体チップと、
一部が前記第2半導体チップから突出し、この突出した一部と前記第1半導体チップの前記一部との間に隙間を形成するように、前記第2半導体チップの上方に積層された略長方形の第3半導体チップと、
前記第1半導体チップの前記一部と前記第3半導体チップの前記一部との間を埋める上部側樹脂と、を含んで構成されることを特徴とする半導体装置。
(付記2)
前記第2半導体チップは、その一部が前記第1半導体チップから突出し、前記第2半導体チップの一部と前記配線基板との間に隙間を形成するように、前記第1半導体チップの上方に積層されており、
前記第2半導体チップの前記一部と前記配線基板との間を埋める下部側樹脂を有することを特徴とする付記1に記載の半導体装置。
前記第2半導体チップは、その一部が前記第1半導体チップから突出し、前記第2半導体チップの一部と前記配線基板との間に隙間を形成するように、前記第1半導体チップの上方に積層されており、
前記第2半導体チップの前記一部と前記配線基板との間を埋める下部側樹脂を有することを特徴とする付記1に記載の半導体装置。
(付記3)
さらに、一部が前記第3半導体チップから突出し、この突出した一部と前記第2半導体チップの前記一部との間に隙間を形成するように、前記第3半導体チップの上方に積層された略長方形の第4半導体チップと、
前記第4半導体チップの前記一部と前記第2半導体チップの前記一部との間を埋める前記上部側樹脂と、を含み、
前記第1、第2、第3、第4半導体チップ、前記上部側樹脂、前記下部側樹脂を覆うように、前記配線基板上に形成された封止樹脂を有することを特徴とする付記2に記載の半導体装置。
さらに、一部が前記第3半導体チップから突出し、この突出した一部と前記第2半導体チップの前記一部との間に隙間を形成するように、前記第3半導体チップの上方に積層された略長方形の第4半導体チップと、
前記第4半導体チップの前記一部と前記第2半導体チップの前記一部との間を埋める前記上部側樹脂と、を含み、
前記第1、第2、第3、第4半導体チップ、前記上部側樹脂、前記下部側樹脂を覆うように、前記配線基板上に形成された封止樹脂を有することを特徴とする付記2に記載の半導体装置。
(付記4)
前記第1、第2、第3、第4半導体チップの前記一部はそれぞれ、それらの短辺側の部分であり、前記第1、第2、第3、第4半導体チップはそれぞれ、それらの短辺に沿って複数の第1、第2、第3、第4電極が配置されており、これら第1、第2、第3、第4電極はそれぞれ第1、第2、第3、第4ワイヤにより対応する前記接続パッドと接続されており、
前記第3半導体チップの短辺の下に配置された前記第1半導体チップの第1電極に接続された前記第1ワイヤの一部が前記第1半導体チップと前記第3半導体チップの間の隙間に充填された前記上部側樹脂で覆うように構成され、
前記第2半導体チップの前記第2電極に接続された前記第2ワイヤの一部が前記第2半導体チップと前記第4半導体チップの間の隙間に充填された前記上部側樹脂で覆うように構成されていることを特徴とする付記3に記載の半導体装置。
前記第1、第2、第3、第4半導体チップの前記一部はそれぞれ、それらの短辺側の部分であり、前記第1、第2、第3、第4半導体チップはそれぞれ、それらの短辺に沿って複数の第1、第2、第3、第4電極が配置されており、これら第1、第2、第3、第4電極はそれぞれ第1、第2、第3、第4ワイヤにより対応する前記接続パッドと接続されており、
前記第3半導体チップの短辺の下に配置された前記第1半導体チップの第1電極に接続された前記第1ワイヤの一部が前記第1半導体チップと前記第3半導体チップの間の隙間に充填された前記上部側樹脂で覆うように構成され、
前記第2半導体チップの前記第2電極に接続された前記第2ワイヤの一部が前記第2半導体チップと前記第4半導体チップの間の隙間に充填された前記上部側樹脂で覆うように構成されていることを特徴とする付記3に記載の半導体装置。
(付記5)
前記第3半導体チップが該第3半導体チップの長辺に直角な方向にずらして前記第2半導体チップ上に積層され、前記第4半導体チップは該第4半導体チップの長辺に直角な方向にずらして前記第3半導体チップ上に積層されていることを特徴とする付記3又は4に記載の半導体装置。
前記第3半導体チップが該第3半導体チップの長辺に直角な方向にずらして前記第2半導体チップ上に積層され、前記第4半導体チップは該第4半導体チップの長辺に直角な方向にずらして前記第3半導体チップ上に積層されていることを特徴とする付記3又は4に記載の半導体装置。
(付記6)
前記配線基板にはあらかじめ四角形状の半導体チップの搭載領域が設定されていると共に、該搭載領域の4つの辺縁のそれぞれに沿って前記接続パッドが複数個形成されており、前記配線基板にはさらに、前記4つの各辺縁とそれに沿う複数個の前記接続パッドとの間にスリット又は突条が形成されていることを特徴とする付記1〜5のいずれか1つに記載の半導体装置。
前記配線基板にはあらかじめ四角形状の半導体チップの搭載領域が設定されていると共に、該搭載領域の4つの辺縁のそれぞれに沿って前記接続パッドが複数個形成されており、前記配線基板にはさらに、前記4つの各辺縁とそれに沿う複数個の前記接続パッドとの間にスリット又は突条が形成されていることを特徴とする付記1〜5のいずれか1つに記載の半導体装置。
1,200 半導体装置
10,20,30,40 第1、第2、第3、第4半導体チップ
11,21,31,41 電極パッド
12,22,32,42 接着部材
23,33 第1、第2アンダーフィル
50 配線基板
51 接続パッド
52 ランド部
60 封止体
61 ワイヤ
62 半田ボール
100,300 配線母基板
10,20,30,40 第1、第2、第3、第4半導体チップ
11,21,31,41 電極パッド
12,22,32,42 接着部材
23,33 第1、第2アンダーフィル
50 配線基板
51 接続パッド
52 ランド部
60 封止体
61 ワイヤ
62 半田ボール
100,300 配線母基板
Claims (8)
- 複数の接続パッドを有する配線基板を準備する工程と、
略長方形で短辺に沿って複数の第1電極が配置された第1半導体チップを、前記配線基板上に搭載する工程と、
略長方形で短辺に沿って複数の第2電極が配置された第2半導体チップを、前記第1半導体チップの短辺に対し前記第2半導体チップの短辺が直角に位置すると共に、前記配線基板と前記第2半導体チップの短辺との間に隙間を形成するように、前記第1半導体チップ上に積層する工程と、
前記隙間に、前記第2半導体チップの長辺側から前記第2半導体チップの短辺と平行な方向に向かって第1樹脂を充填する工程と、
前記第1電極と前記接続パッドとを第1ワイヤで電気的に接続する工程と、
前記第1樹脂を充填する工程後、前記第2電極と前記接続パッドとを第2ワイヤで電気的に接続する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - さらに、略長方形で短辺に沿って複数の第3電極が配置された第3半導体チップを、前記第2半導体チップの短辺に対し前記第3半導体チップの短辺が直角に位置すると共に、前記第1半導体チップの短辺と前記第3半導体チップの短辺との間に隙間を形成するように、前記第2半導体チップ上に積層する工程と、
略長方形状で短辺に沿って複数の第4電極が配置された第4半導体チップを、前記第3半導体チップの短辺に対し前記第4半導体チップの短辺が直角に位置すると共に、前記第2半導体チップの短辺と前記第4半導体チップの短辺との間に隙間を形成するように、前記第3半導体チップ上に積層する工程と、
前記第1半導体チップと前記第3半導体チップとの間の隙間、及び前記第2半導体チップと前記第4半導体チップの間の隙間に第2樹脂を充填する工程と、
前記第3電極と前記接続パッドとを第3ワイヤで電気的に接続する工程と、
前記第4電極と前記接続パッドとを第4ワイヤで電気的に接続する工程と、を含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第1樹脂の充填位置を、前記第2半導体チップの一方の対角線上のコーナーに近い2箇所とすることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第2樹脂の充填位置を、前記第2半導体チップの他方の対角線上のコーナーに近い2箇所とすることを特徴とする請求項2又は3に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1半導体チップと前記第3半導体チップとの間の隙間、及び前記第2半導体チップと前記第4半導体チップの間の隙間の二方向を同時に前記第2樹脂で充填することを特徴とする請求項4に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第3半導体チップの短辺の下に配置される前記第1半導体チップの第1電極に接続される前記第1ワイヤの一部が前記第1半導体チップと前記第3半導体チップの間の隙間に充填される前記第2樹脂で覆うように構成されると共に、前記第2半導体チップの前記第2電極に接続される前記第2ワイヤの一部が、前記第2半導体チップと前記第4半導体チップの間の隙間に充填される前記第2樹脂で覆うように構成されることを特徴とする請求項4又は5に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第3半導体チップを、該第3半導体チップの長辺に直角な方向にずらして前記第2半導体チップ上に積層し、前記第4半導体チップを、該第4半導体チップの長辺に直角な方向にずらして前記第3半導体チップ上に積層することを特徴とする請求項2〜6のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記配線基板にはあらかじめ四角形状の半導体チップの搭載領域が設定されていると共に、該搭載領域の4つの辺縁のそれぞれに沿って前記接続パッドが複数個形成されており、前記配線基板にはさらに、前記4つの各辺縁とそれに沿う複数個の前記接続パッドとの間にスリット又は突条を形成して、前記第1、第2樹脂の広がりを抑制することを特徴とする請求項2〜7のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
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