JP3507059B2 - 積層マルチチップパッケージ - Google Patents
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Description
層された状態で封入された積層マルチチップパッケージ
に関するものである。
小型化が著しく、実装される半導体素子も高性能化が進
み、また高密度実装されることが要求されている。この
ため、半導体素子を3次元的に実装された積層マルチチ
ップパッケージの要求がIC、メモリーカードに代表さ
れる薄型、大容量機器において顕著になってきている。
た従来の積層マルチチップパッケージ100が示されて
いる。この積層マルチチップパッケージ100は、略同
一サイズで形成されたチップ102、104と、チップ
102、104を搭載させるガラスエポキシ基板106
と、ガラスエポキシ基板106の下面側に設けられた半
田ボール105と、で構成されており、チップ102、
104が積層された2チップ積層構造である。
い、チップ104を下チップ104という。上チップ1
02及び下チップ104は、それぞれガラスエポキシ基
板106上に設けられたボンディングポスト108との
間で、ワイヤボンディング方式によってAuワイヤ11
0を介して電気的に接続される。
とは略同一のサイズで形成されているため、上チップ1
02と下チップ104との間にスペーサ112を配置さ
せ、このスペーサ112によって、上チップ102と下
チップ104との間に隙間を設けて、下チップ104と
ボンディングポスト108との間に、Auワイヤ110
による接続を可能にしている。
2を設けることによって、部品点数が増え、3チップ積
層構造と略同一の組立工程となってしまい、組立コスト
が高くなってしまうと共に、スペーサ112を設ける
分、材料費が高くなってしまう。
り、3チップ積層構造と略同一の高さとなるため、積層
マルチチップパッケージ100の肉厚が厚くなり、標準
サイズ(1.4mmMax厚)又は薄型サイズ(1.2
mmMax厚)の電子機器に実装することができない。
さらに、3チップ積層構造となることで、上チップ10
2の安定性が悪く、内部ボイド等の欠陥が多くなり、リ
フロー耐性が悪化して信頼性が低下してしまう。
で薄型の積層マルチチップパッケージを低コストで提供
することを目的とする。
は、第1のチップが、第1の電極パッドを有する上面
と、上面の面積よりも小さい面積を有する下面と、上面
と下面とをつなぐ側面と、を有しており、第1チップの
下面を基板上に固定する。この第1のチップの下には、
第2のチップを配置している。この第2のチップは、第
2の電極パッドを有する上面を有しており、第1のチッ
プの側面とは所定の距離離間した位置に配置している。
一方、第1の電極パッドと基板とは、第1の金属ワイヤ
によって電気的に接続し、第2の電極パッドと基板と
は、第2の金属ワイヤによって電気的に接続している。
このため、第1のチップと基板との間にスペーサを配置
しなくても、第1のチップと基板とを金属ワイヤ等で接
続させることができる。従って、スペーサ分の材料コス
トを削減することができると共に、スペーサを用いない
ことで部品点数が削減され、工程が少なくなり、生産性
が向上する。また、第1のチップは直接基板に固定され
るため、スペーサを介して第1のチップを基板に固定す
る場合と比較して、第1のチップの安定性が良く、リフ
ロー耐性が向上する。
プにおける断面を略T字形状としている。
プの上面から側面に到る距離を、第2のチップの上面か
ら第2の金属ワイヤの頂部までの高さよりも大きくして
いる。これにより、第2のチップと基板とを直接金属ワ
イヤで接続させることができる。
部材を設けている。第2のチップと基板とを電気的に接
続する金属ワイヤが絶縁部材に接触したとしても何ら問
題はないため、いわゆるボンディング装置によって第2
の金属ワイヤを接続させるときの第2の金属ワイヤの立
ち上がり高さの制約がなくなる。
高さを低くするために要求されるボンディング装置の精
度レベルを下げることができ、使用するボンディング装
置の自由度を増大させることができる。
パッドをニッケル及び金で形成している。このように、
第2の電極パッドをニッケル及び金によって形成するこ
とによって、第2の電極パッドが衝撃吸収材としての役
割を担い、基板上のボンディングポストから第2の電極
パッドへのボンディングが可能となる。
ワイヤを、基板から第2のチップへ向かって配線してい
る。基板から第2のチップへ向かって第2の金属ワイヤ
を配線することにより、第2の金属ワイヤの立ち上がり
は、基板に設けられたボンディングポスト側に生じるこ
ととなり、第2のチップ側の第2の金属ワイヤの頂部を
低くすることができる。このため、第1のチップの側面
と第2のチップの下面との間の距離を小さくすることが
でき、積層マルチチップパッケージの厚さを薄くするこ
とができる。
プを論理素子とし、第2のチップを記憶素子としてい
る。論理素子は、記憶素子と比較して外形が大きいた
め、第1のチップを論理素子とし、第2のチップを記憶
素子とすることで、積層マルチチップパッケージのコン
パクト化を図ることができる。
のチップ及び前記第2のチップの間に第3のチップを介
在させ、第3のチップの外形を第1のチップの外形と略
同一としている。
固定した状態で、第2のチップの端面を第3のチップの
端面の内側に配置させるようにすることで、第3のチッ
プと基板も金属ワイヤで接続させることができるため、
3チップ積層構造とすることができる。また、第3のチ
ップの外形を第1のチップの外形と略同一とすること
で、同一面積によるチップの実装面積が増大することと
なる。
積層マルチチップパッケージについて説明する。
に、矩形状のガラスエポキシ基板10の中央部には、略
直方体状のROM等の下チップ12(第3チップ)が載
置されている。この下チップ12の下面には、液状の熱
硬化性或いはシート状の熱可塑性の接着剤14が塗布さ
れており、この接着剤14を介して、下チップ12がガ
ラスエポキシ基板10に固定されている。
基部15の一端面の四方からは鍔部18が張り出し、断
面がT字状を成すロジック等の上チップ16(第1チッ
プ)が載置されている。また、鍔部18の外形と下チッ
プ12の外形とは、略同一としており、上チップ16に
は、接着剤14が塗布され、この接着剤14を介して、
上チップ16が下チップ12の上面中央部に固定可能と
なっている。
鍔部18と反対側の面(基部15の他端面)を下チップ
12に固定させることで、鍔部18の裏面と下チップ1
2の上面との間には、隙間26が設けられることとな
る。
間26内に配置可能なフラッシュメモリ等の中間チップ
22(第2チップ)及びSRAM等の中間チップ24
(第2チップ)を配置させることができる。このとき、
中間チップ22、24は基部15と非接触の状態で配置
する。
は、下チップ12の端面から所定の距離を置いて、下チ
ップ12の端面に沿って1列(千鳥状でも良い)に、ボ
ンディングポスト30が配列されている。
間チップ22、24の上面には、それぞれ外周側に、端
面に沿って1列(千鳥状でも良い)に、Alパッド3
2、28、34、36(図2(B)参照、図1及び図2
(B)については、図示を省略している)が配列されて
いる。
スト30とは、いわゆるボンディングによりAuワイヤ
38を配線することで電気的接続が可能となり、下チッ
プ12とボンディングポスト30とはAuワイヤ20を
配線することで電気的接続が可能となる。また、中間チ
ップ22とボンディングポスト30とはAuワイヤ40
を配線することで電気的接続が可能となり、中間チップ
24とボンディングポスト30とはAuワイヤ42を配
線することで電気的接続が可能となる。
45を製造する場合、まず、ガラスエポキシ基板10上
に接着剤14を介して下チップ12を固定した後、ボン
ディング装置(図示省略)を、下チップ12のAlパッ
ド28上からボンディングポスト30上へ移動させ、ボ
ンディングを行い、Auワイヤ20を配線する。
介して中間チップ22、24を固定した後、ボンディン
グ装置を中間チップ22のAlパッド34上からボンデ
ィングポスト30上へ移動させて、ボンディングを行
い、Auワイヤ40を配線し、また、中間チップ24の
Alパッド36上からボンディングポスト30上へ移動
させて、ボンディングを行い、Auワイヤ42を配線す
る(中間チップ22、24の配線の順番は逆でも良
い)。
を下チップ12の上面に固定した後、ボンディング装置
を、上チップ16のAlパッド32上からボンディング
ポスト30上へ移動させて、Auワイヤ38を配線す
る。
0、42によって、Alパッド32、28、34、36
からボンディングポスト30へ配線を行うとき、Auワ
イヤ38、20、40、42は、対応するAlパッド3
2、28、34、36で、それぞれ一旦立ち上がって、
ボンディングポスト30へ配線される。
プ16とがAuワイヤ40、42を介して導通されない
ように、中間チップ22、24のAlパッド34、36
からのAuワイヤ40、42の立ち上がり高さH1、H2
を考慮した上で、鍔部18の裏面と下チップ12の上面
との間に設けられた隙間26の大きさを決める必要があ
る。
エポキシ基板10とを配線するAuワイヤ20が上チッ
プ16に接触しないように、該隙間26を、接着剤14
の厚み+中間チップ22或いは中間チップ24の肉厚+
立ち上がり高さH1、H2より大きくする必要がある。
ド28及び基部15に、中間チップ22、24を接触さ
せないようにする必要があり、隙間26の奥行きW
1を、鍔部18の端面から0.3mm〜0.5mm程度
とし、接着剤14のはみ出し量及びAuワイヤ20を下
チップ12にボンディングするために必要な中間チップ
22、24の大きさに対応した搭載精度を考慮しなけれ
ばならない。
基板10へのボンディングを行うとき、ボンディング装
置が上チップ16に接触するため、鍔部18には押圧力
が負荷されることとなる。このため、上チップ16に
は、ボンディングするときに最低限必要な強度を保持す
る必要があるため、隙間26は上チップ16の肉厚の約
1/2未満であることが望ましい。
上チップ16と下チップ12との間に設けた隙間26内
に、中間チップ22、24を配置することが可能とな
り、3チップ積層構造のマルチチップ45が形成され
る。
って封止され、ガラスエポキシ基板10下面には、半田
ボール46が取り付けられ、FBGAの構造をした積層
マルチチップパッケージ48となる(なお、多面取りの
ガラスエポキシ基板10の場合は個片へカットする)。
チチップパッケージの作用について説明する。
プ16に鍔部18を形成することで、上チップ16と下
チップ12の間に隙間26を設けることができるため、
上チップ16と下チップ12との間にスペーサを配置し
なくても、下チップ12とガラスエポキシ基板10とを
Auワイヤ20で接続させることができる。
することができると共に、スペーサを用いないことで部
品点数が削減され、工程が少なくなり、生産性が向上す
る。また、上チップ16は直接下チップ12に固定され
るため、スペーサを介して上チップ16を下チップ12
に固定する場合と比較して、上チップ16の安定性が良
く、リフロー耐性が向上する。
ことで、表面積を増大させることができ、上チップ16
の鍔部18と下チップ12との間に設けられた隙間26
内に、中間チップ22、24を配設させることが可能と
なる。
及び鍔部18と非接触の状態で下チップ12に固定させ
ることで、中間チップ22、24とガラスエポキシ基板
10とを直接Auワイヤ40、42で接続させることが
可能となる。
比較して外形が大きいため、上チップ16を論理素子と
し、中間チップ22、24を記憶素子とすることで、積
層マルチチップパッケージのコンパクト化を図ることが
できる。
の外形を略同一とし、上チップ16に鍔部18を形成す
ることで、等チップサイズの2チップ積層間に小型の中
間チップ22、24を積層させることが可能となり、同
一面積によるチップの実装面積を増大させることができ
る。
2との間に設けられた隙間26を、中間チップ22、2
4とガラスエポキシ基板10とを電気的に接続するAu
ワイヤ40、42が鍔部18と接触しない大きさとした
が、中間チップ22の上面と対面する鍔部18の下面側
に、図3に示すように、0.lμm程度の酸化膜又はS
iN膜又は樹脂膜で形成された絶縁部材50を設けても
良い。
スエポキシ基板10とを接続するAuワイヤ40、42
が絶縁部材50に接触しても何ら問題はないため、ボン
ディング装置によってAuワイヤ40、42を配線させ
るときのAuワイヤ40、42の立ち上がり高さの制約
がなくなり、Auワイヤ40、42の立ち上がり高さを
低くするために要求されるボンディング装置の精度レベ
ルを下げることができ、使用するボンディング装置の自
由度を増大させることができる。
上に下チップ12を固定したが、図4に示すように、ガ
ラスエポキシ基板10に上チップ16を直接固定して、
上チップ16とガラスエポキシ基板10との間に設けら
れた隙間53に中間チップ22、24を配置した2チッ
プ積層構造の積層マルチチップパッケージ51としても
良い。
に、図示はしないが金属リードフレームを用いても良
い。このように、ガラスエポキシ基板10の代わりに、
金属リードフレームを用いることで、さらなる材料コス
トの削減が望める。
は、便宜上、中間チップの図示を省略している)、下チ
ップ52のAlパッド54を、無電解めっき法にて3〜
5μmの無電解Niめっきを形成させた上に、無電解め
っき法にて0.05〜0.1μmの無電解Auめっきを
設けた構造とする。
4を、無電解Ni&Auめっきとすることにより、Al
パッド54が衝撃吸収材としての役割を担い、ガラスエ
ポキシ基板56上のボンディングポスト58から下チッ
プ52のAlパッド54へのボンディングが可能とな
る。
2へAuワイヤ60を配線することにより、Auワイヤ
60の立ち上がりは、ボンディングポスト58側に生じ
ることとなり、下チップ52側のAuワイヤ60の高さ
を低くすることができる。このため、上チップ62と下
チップ52との間に設ける隙間64を小さくすることが
でき、積層マルチチップパッケージ66の厚さを薄くす
ることができる。
6に中間チップ22、24を配置したが、隙間26内に
配置可能な大きさであれば、中間チップを3つ以上配置
しても良い。
の一端面を四方から鍔部18を張り出させたが、上チッ
プ16とガラスエポキシ基板10との間に、中間チップ
22或いは中間チップ24が配置可能な隙間53を設け
ることができれば良いため、基部15の少なくとも一方
向から鍔部18が張り出していれば良い。
チチップパッケージを構成する上チップの製造方法につ
いて説明する。
に円板状の両面接着テープ72を貼着し、この両面接着
テープ72上に、円板状のシリコンウエハ76の裏面を
上にして貼り付ける。
16に鍔部18を形成するため、図9に示す円形ブレー
ド78によってシリコンウエハ76の裏面を、互いに平
行な線を直交させ、格子状に切削し、凹部としてのハー
フカット部80を形成する。ここで、円形ブレード78
の幅は、所定の切削寸法と同寸法の方が良いが、円形ブ
レード78の幅が狭い場合は、数回ほど研削してハーフ
カット部80を形成する。
カット部80の幅方向の中心線に沿って、シリコンウエ
ハ76をスクライブして、個々に分離させることで、複
数の上チップ16を得ることができる。
凹部としてのハーフカット部80を切削することで、鍔
部18を設けた上チップ16を簡単に形成することがで
きる。このため、材料コストが削減できると共に、工程
が少ないため生産性が向上する。
としてのハーフカット部80を切削する代わりに、エッ
チングによって形成しても良い。図10に示すように、
シリコンウエハ76の裏面を、ハーフカット部80に相
当する部分が露出するエッチングマスク82によってマ
スキングする。次に、シリコンウエハ76をエッチング
可能な薬液(NaOH等)によりエッチングすると、シ
リコンウエハ76が露出した部分が腐食され、ハーフカ
ット部80が形成される。
パッケージにおいては、図1〜図5及び図8〜図10に
示すように、断面形状をT字形状とする上チップ16を
例として説明を行なったが、上チップに関しては、この
ような形状に限られるものではなく、図6に示すよう
に、上チップ88の上面90と下面91とをつなぐ側面
92が曲線形状(円弧形状)、または、図7に示すよう
に、上チップ94の上面95と下面96とをつなぐ側面
97が傾斜し、断面形状が台形形状を有するものであっ
ても良い。
4には、基板99の上面に固定された下面91、96
と、Alパッド85、87が形成された上面90、95
とをつなぐ側面92、9とがそれぞれ備えられ、基板9
9の上面と上チップ88、94の側面92、97との間
に空間93、98が設けられたものであれば良い。
1及び請求項2に記載の発明では、第1のチップと基板
との間に隙間を設けることができるため、この隙間を利
用して、第2のチップを配設させることが可能となる。
また、第1のチップと基板との間にスペーサを配置しな
くても、第1のチップと基板とを金属ワイヤ等で接続さ
せることができるため、スペーサ分の材料コストを削減
することができると共に、スペーサを用いないことで部
品点数が削減され、工程が少なくなり、生産性が向上す
る。さらに、第1のチップは直接基板に固定されるた
め、スペーサを介して第1のチップを基板に固定する場
合と比較して、第1のチップの安定性が良く、リフロー
耐性が向上する。
プと基板とを直接金属ワイヤで接続させることができ
る。請求項4に記載の発明では、ボンディング装置によ
って接続部材を接続させるときの接続部材の立ち上がり
高さの制約がなくなるため、接続部材の立ち上がり高さ
を低くするために要求されるボンディング装置の精度レ
ベルを下げることができ、使用するボンディング装置の
自由度を増大させることができる。
が衝撃吸収材としての役割を担い、基板上のボンディン
グポストから第2のチップの電極パッドへのボンディン
グが可能となる。請求項6に記載の発明では、基板から
第2のチップへ向かって金属ワイヤを配線することによ
り、金属ワイヤの立ち上がりは、基板に設けられたボン
ディングポスト側に生じることとなり、第2のチップ側
の金属ワイヤの頂部を低くすることができる。このた
め、第1のチップと第2のチップとの間に設ける隙間を
小さくすることができ、積層マルチチップパッケージの
厚さを薄くすることができる。
プを論理素子とし、第2のチップを記憶素子とすること
で、積層マルチチップパッケージのコンパクト化を図る
ことができる。請求項8に記載の発明では、第3のチッ
プと基板も金属ワイヤで接続させることができるため、
3チップ積層構造とすることができる。また、第3のチ
ップの外形を第1のチップの外形と略同一とすること
で、同一面積によるチップの実装面積が増大することと
なる。
ケージを示す一部を破断した斜視図である。
ケージを示す、(A)は断面図であり、(B)は平面図
である。
ケージの変形例を示す断面図である。
ケージの変形例を示す断面図である。
ケージの変形例を示す断面図である。
ケージに備えられた上チップの変形例を示す断面図であ
る。
ケージに備えられた上チップの変形例を示す断面図であ
る。
ッケージを構成する上チップの製造方法を説明する説明
図であり、(A)はウエハを示す平面図であり、(B)
は(A)の部分拡大図である。
ッケージを構成する上チップの製造方法を説明する説明
図であり、ウエハを切削している状態を示している。
パッケージを構成する上チップの他の製造方法を説明す
る説明図であり、ウエハをエッチングした状態を示して
いる。
面図である。
Claims (8)
- 【請求項1】 第1の電極パッドを有する上面と、前記
上面の面積よりも小さい面積を有する下面と、前記上面
と前記下面とをつなぐ側面と、を有し、かつ、前記下面
が基板上に固定された第1のチップと、 前記第1の電極パッドと前記基板とを電気的に接続する
第1の金属ワイヤと、 前記第1のチップの下に配置されると共に、第2の電極
パッドを有する上面を有し、前記第1のチップの側面と
は所定の距離離間した位置に配置される第2のチップ
と、 前記第2の電極パッドと前記基板とを電気的に接続する
第2の金属ワイヤと、 を有することを特徴とする積層マルチチップパッケー
ジ。 - 【請求項2】 前記第1のチップにおける断面が、略T
字形状であることを特徴とする請求項1に記載の積層マ
ルチチップパッケージ。 - 【請求項3】 前記第2のチップの上面から前記側面に
到る距離を、前記第2のチップの上面から前記第2の金
属ワイヤの頂部までの高さよりも大きくしたことを特徴
とする請求項1に記載の積層マルチチップパッケージ。 - 【請求項4】 前記側面に絶縁部材を設けたことを特徴
とする請求項1に記載の積層マルチチップパッケージ。 - 【請求項5】 前記第2の電極パッドはニッケル及び金
からなることを特徴とする請求項1に記載の積層マルチ
チップパッケージ。 - 【請求項6】 前記第2の金属ワイヤは、前記基板から
前記第2のチップへ向かって配線していることを特徴と
する請求項5に記載の積層マルチチップパッケージ。 - 【請求項7】 前記第1のチップは論理素子であり、前
記第2のチップは記憶素子であることを特徴とする請求
項1に記載の積層マルチチップパッケージ。 - 【請求項8】 前記基板と前記第1のチップ及び前記第
2のチップの間に第3のチップを介在させ、前記第3の
チップの外形を第1のチップの外形と略同一としたこと
を特徴とする請求項1に記載の積層マルチチップパッケ
ージ。
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