JP3881658B2 - 中継部材、中継部材を用いたマルチチップパッケージ、及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は複数の半導体チップを１つのパッケージへ搭載するマルチチップパッケージ（以下、MCPと略す）に関するものであり、特に、センターパッド型の半導体チップを搭載するMCPに関する。
近年、電子機器の小型化の要求に伴い半導体装置の小型化がますます求められている。そこで、半導体装置の小型化を実現する為の一つの方法として、一つのパッケージの中に複数の半導体チップを搭載したマルチチップパッケージ（MCＰ）構造の半導体装置が提案されている。中でもセンターパッド型の半導体チップを搭載するパッケージは特にDRAM（dynamic random access memory）等に見られる。センターパッド型の半導体チップはパッドを周辺に配置する半導体チップに比べて、封止樹脂内に占める半導体チップの面積が大きいことで、小型化、大容量化には極めて有利である。以上のような内容は、例えば、下記特許文献１に記載されている。
特開２００２−０９３９９３号公報
しかしながら、特許文献１にも記載されているとおり、センターパッド型の半導体チップは小型化、大容量化には有利ではあるが、パッドが半導体チップの中央にあることから、ワイヤボンディングする際にパッドからインナーリードまでの距離が長くなることは避けることが出来ない。ワイヤ長が長くなることによって、ワイヤのチップ端部への接触によるショート、或いは、樹脂封止時の隣接するワイヤ同士のショート等の問題がある。
この発明は上記問題を解消するためになされたものであり、センターパッド型の半導体チップを搭載するマルチチップパッケージでありながら、ワイヤ長を短く保ち、高歩留まりを可能とする中継部材、及び中継部材を用いたマルチチップパッケージを提供するものである。
本発明に係るマルチチップパッケージでは、上述した課題を解決すべく、表面に複数の第１のパッドが形成された第１の半導体チップ上に第２の半導体チップと半導体基板を有する中継部材とを搭載し、第１の半導体チップ、第２の半導体チップ、及び中継部材を封止する樹脂封止体を備えたマルチチップパッケージであって、第２の半導体チップは、第２の半導体チップの中央部に配置された複数の第２のパッドを備え、中継部材は、第１の中継パッド、第２の中継パッド、及び第１の中継パッドと第２の中継パッドとを接続するパッド連結部を備え、回路機能を有しておらず、第２の半導体チップの第２のパッドからの電気的接続は、接続端子へ接続される場合と第１の中継パッドを介して第２の中継パッドから接続端子又は第１の半導体チップへ接続される場合とを備えている。
本発明に係る中継部材では、上述した課題を解決すべく、回路機能を有する半導体チップの電気的信号を接続端子に伝達する矩形の中継部材であって、半導体基板と、半導体基板上に形成された複数の中継パッドと、隣り合う中継パッドをつなぐパッド連結部とを備え、回路機能を有しない。
本発明では、中継部材を使用して、マルチチップパッケージを構成することで、各ワイヤ長を短くすることができ、ワイヤのたるみによる、チップエッジへのショートや、樹脂封止時のワイヤ間のショートを低減することが可能となる。また、先の中継部材が、複数の中継パッドをパッド連結部でつないでいるので、様々なサイズの中継部材を作成することが可能であり、様々なチップサイズの組合せに対応できる中継部材を実現することができる。
以下、図を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の実施例１におけるマルチチップパッケージの断面図である。図２は、本発明の実施例１におけるマルチチップパッケージの上面図である。
まず、図１及び図２に示すマルチチップパッケージ１００の構造を説明する。第１の半導体素子２３は、第１の接着剤２４によりダイパッド２５に接着されている。第１の半導体素子２３上には、第２の接着剤２６により第２半導体素子２７が接着され、第３の接着剤２８により中継部材２９が接着されている。第１の半導体素子２３上には、第１のパッド３０が形成されている。また、第２の半導体素子２７上の略中央部には、第２のパッド２２が形成されている。中継部材２９上には、中継パッド２と中継パッド２の間を電気的に接続するパッド連結部３とが形成されている。第２半導体素子２７は、第２半導体素子２７の端部と第１のパッド３０との距離L９が、概ね０．２mm〜１．０mmとなるように第１の半導体素子２３に接着する。中継部材２９は、第２半導体素子２７の端部と中継部材２９の端部との距離L１０が、概ね０．２mm〜１．０mmとなるように、また、中継部材２９の端部と第１のパッドとの距離L１１が、概ね０．４mm〜１．０mmとなるように、第１の半導体素子２３に接着されている。
第１のパッド３０とリードフレーム端子２１は第１の金属ワイヤ３１で電気的に接続されている。第２のパッド２２とリードフレーム端子２１とは、第２の金属ワイヤ３２で電気的に接続され、第２のパッド２２と中継パッド２とは、第３の金属ワイヤ３３で電気的に接続されている。中継パッド２と第１のパッド３０とは、第４の金属ワイヤ３４によって電気的に接続されている。ここではリードフレーム端子２１を一例として挙げているが、接続端子であればよく、リードフレーム端子２１に限定はされないことは言うまでもない。
ここで、中継部材２９は、中継パッド２とパッド連結部３とから構成されていて、回路形成のためのパターニングは施されていない。中継部材２９は、第２の半導体素子２７からの電気的信号を、第１の半導体素子２３の第１のパッド３０へバイパスする機能を持っている。また、中継部材２９は、第２の半導体素子２７と同等か、それ以上の厚さを有する。第１の半導体素子２３、第２の半導体素子２７、及び中継部材２９は、モールド樹脂３５により封止される。
本発明の実施例３におけるマルチチップパッケージ１００は、上記構成をとることで、第２半導体素子２７を第１のパッド３０に近づけることが可能となる。また、上記構成により第２のパッド２２から第２の半導体素子２７の端部までの距離は、第１のパッドから第２のパッドまでの距離の３／４以上にすることが可能となる。これにより、第２の金属ワイヤ３２を短く保つことが可能となり、モールド樹脂３５にて封止する際のワイヤの変形が防止される。また、第２の金属ワイヤ３２間のショートが防止できる。
中継部材２９を搭載したことにより、第２のパッド２２から直接第１のパッド３０へ電気的接続を取ることがなくなり、第３の金属ワイヤ３３を３mm以下に保つことが可能とる。中継部材２９の厚さを第２の半導体素子２７の厚さと同等かそれ以上としたことで、第３の金属ワイヤ３３が第２の半導体素子２７の端部へショートすることを防止できる。
図３は、本発明の実施例２における中継部材の上面図である。図４（a）は、図３の本発明の実施例１における中継部材のA部の上面図である。図４（b）は、図３の本発明の実施例１における中継部材のＢ-Ｂにおける断面図である。図５は、図３の本発明の実施例２における中継部材のA部のワイヤボンディング時の断面図である。
図３及び図５に示すように中継部材１は、長方形である。ここでは一例として長方形を示しているが、それだけに限定されない。矩形であればかまわない。場合によっては複数の中継部材１を用いる場合も考えられる。本実施例では、短辺の長さは概ね３mmで、長辺の長さは概ね１０ｍｍ程度である。中継部材１はシリコン基板４上に第１の絶縁膜５が形成されている。第１の絶縁膜５上には中継パッド２とパッド連結部３と層間絶縁膜６が形成されている。中継パッド２はマトリクス状に配置されていて、中継部材１の短辺方向に隣り合う中継パッド２はパッド連結部３で電気的に接続されている。ここで、中継パッド２及びパッド連結部３はアルミニウムや銅などの金属配線にて形成される。第１の絶縁膜５上は、中継パッド２及びパッド連結部３が形成されている領域と層間絶縁膜６が形成されている領域がある。層間絶縁膜６及びパッド連結部３上は第１の保護膜としてガラスなどからなるパッシベーション膜７で覆われている。場合によっては、中継パッド２の内周上にもパッシベーション膜７が形成されている。ここで、中継パッド２の内周とは、中継パッド２の外辺に沿った内側を示す。パッシベーション膜７上で且つ中継部材１の内周には、ポリイミドなどの絶縁材料からなるバッファコート膜８が形成されている。最低限、中継部材１の長辺方向において形成されていればよい。ただし、以後説明する、切り出しを考えた場合、中継部材１の長辺方向の１辺のみに形成すると最適である。本実施例では基板はシリコン基板４を一例として挙げているが、それだけに限定されることは無く、サファイア基板やガラス基板等を用いることも可能である。ただし、半導体基板を使用することには、既存の装置を使用して、半導体プロセスが適用可能となる利点がある。
また、中継部材１の内周の端部には、組み立て時チップを個片加工する際の切代であるスクライブライン９を有している。本実施例の中継部材１は、中継パッド２及びパッド連結部３以外の配線は存在せず、同然のことながら、回路機能を有することもない。
図４（a）を参照して、各部位の詳細なサイズを示す。中継パッド２のサイズは縦、横いずれもL１＝９０um程度の大きさである。パッド連結部３の幅L２は、互いに連結された中継パッド２の間隔L３よりも小さく、概ね５um〜５０umである。互いに連結された中継パッド２の間隔L３は、概ね５０um〜１００umの範囲である。中継部材１の長辺方向において隣り合う中継パッド２のピッチL５は概ね１５０um〜２００umで配列されている。中継パッド２上のパッシベーション膜７の幅L４は、概ね５umである。パッシベーション膜７の幅L６は概ね５０um〜１００umであり、厚さL７は３um〜８um程度である。
図６は、図３の本発明の実施例２における中継部材の切り出し時の位置を示す上面図である。図６を参照して、中継部材１の適用方法について説明する。本図ではバッファコート膜８が中継部材１の１辺のみに形成されている場合を例としている。必要なサイズが決定すると、スクライブ位置１０が決定する。スクライブ位置１０はバッファコート膜８がある辺の端部を基準とし、必要なサイズが得られる位置の近傍で切断する。中継部材１の短辺方向の切断に関しては、中継部材１の長辺方向において隣り合う中継パッド２の間を切断する。中継部材１の長辺方向に関しては、パッド連結部３の中央近傍を切断する。なお、切断は従来のチップ切り出し工程であるスクライブ工程にて実施される。
実施例２の中継部材１は上記構成を取ることで、第３の金属ワイヤ３３の配線を実施する場合、バッファコート膜８を設けてあるため、第３の金属ワイヤ３３と、中継部材１を切り出した際に露出したシリコン露出部１１との距離L８が十分確保することが可能となり、第３金属ワイヤ３３とシリコン露出部１１との電気的ショートが防止できる。
さらに、パッド連結部３の幅L２を互いに連結された中継パッド２の間隔L３より小さくしたことにより、スクライブ工程にて切り出した際に発生するパッド連結部３の切りくずの長さが、互いに連結された中継パッド２の間隔L３より短くなる。L５−L１≧L２である。よって、切りくずによる中継部材１の長辺方向に隣り合う中継パッド２間のショートを防止することができる。
さらに、互いに連結された中継パッド２の間隔L３が５０um〜１００umであり、中継部材１の長辺方向において隣り合う中継パッド２のピッチL５が１５０um〜２００umであることにより、スクライブ工程での切り出しに必要な間隔５０umよりも大きく、中継パッド２に触れることなく切り出すことが可能となる。
さらに、バッファコート膜８の端部を基準としてサイズを決定した後に中継部材１を切り出すので、必要に応じて様々なサイズに簡単に変更することが可能となり、汎用性が高くなる。また、バッファコート膜８の切断個所は一箇所のみとなり、切断の方向は中継部材１の短辺方向のみとなる。バッファコート膜８は、スクライブ工程時に切断のダメージにより剥離しやすいという特徴があるが、バッファコート膜８の切断回数及び切断距離を最小に抑えることが可能となるため、バッファコート膜８の剥離を防止することができる。
次に、本発明の実施例３について説明する。図７（a）は、実施例３における中継部材の上面図である。図７（b）は、実施例３における中継部材のＢ部の拡大図である。なお、実施例３に係る中継部材の構造及びその製造方法の説明にあたり、実施例２と同一の構成部分には同一の符号を付している。
本発明の実施例２の中継部材１の構成と、本発明の実施例３の中継部材１２の構成との異なる点は、サブパッド１３及びサブパッド連結部１４が追加されたことである。中継部材１２の長辺方向において、隣り合うパッド連結部２の間にサブパッド１３が形成されている。また、中継部材１２の長辺方向において、隣り合うサブパッド１３を電気的に接続するサブパッド連結部１４が形成されている。中継パッド２及びパッド連結部３の配列と、サブパッド１３及びサブパッド連結部１４は実質的に垂直に交差している。ただし、中継パッド２及びパッド連結部３の配列と、サブパッド１３及びサブパッド連結部１４は、別の層で形成されているため、互いにショートはしていない。
また、サブパッド１３及びサブパッド連結部１４は、中継部材１２の短辺方向において、中継パッド２の列に対して、１列置きに配列されている。ただし、必要に応じて、複数列置きにすることも可能で１列置きに限定されるものではない。同様に、図５では、中継部材１２の長辺方向において、毎行サブパッド１３は配置されているが、サブパッド１３は、複数行置きに配置することも可能である。
図８は、図７（a）の本発明の実施例３における中継部材の切り出し時の位置を示す上面図である。図８を参照して、中継部材１２の適用方法について説明する。ただし、本発明の実施例２の切り出し時の位置を示す図６と同様の内容については、説明を省略する。本発明の実施例３において、実施例２の切り出し時の位置との違いを説明する。
中継部材１２の短辺方向における切り出し位置は、サブパッド１３が配置されていない中継パッド２の間とする。また、中継部材１２の長辺方向における切り出し位置は、サブパッド１３及びサブパッド連結部１４が配置されていない中継パッド２の間とする。
上記切り出し位置にすることにより、サブパッド連結部１４を切断する回数が最小限に抑えることが可能となり、切りくずによる中継パッド２及びサブチップパッド１４の間のショートを防止することが可能となる。
図９は、図７の本発明の実施例３における中継部材を使用した配線例である。第２の半導体素子２７の第２のパッド２２のうち、黒点が付記されているものが電源用の第２のパッド２２である。電源用の第２のパッド２２は、電源ピン１５ａに当たるリードフレーム端子２１に接続される場合と、中継部材１２のサブパッド１３に接続される場合がある。サブパッド１３と中継パッド２がパッド中継ワイヤ１８によりワイヤボンディングされる。先の中継パッド２と電気的に導通した他の中継パッド２と電源ピン１５ｂ用のリードフレーム端子２１とがパッド中継ワイヤ１９でワイヤボンディングされる。第２の半導体素子２７のアドレス用の第２のパッド２２は、中継部材１２の所望の中継パッドを使用して、ワイヤボンディングによりアドレスピン２０ｂ用のリードフレーム端子２１に電気的に接続される。一部の電気的信号の流れを点線にて示してある。
以上のような接続を行うことで、電源ピン１５ａ、１５ｂ、及びアドレスピン２０の配置を自由に変更することが可能となり、配線の自由度を向上させることができる。
本発明の実施例１におけるマルチチップパッケージの断面図である。 本発明の実施例１におけるマルチチップパッケージの上面図である。 本発明の実施例２における中継部材の上面図である。 （a）図３の本発明の実施例１における中継部材のA部の上面図である。（b）図３の本発明の実施例１における中継部材のＢ-Ｂにおける断面図である。 図３の本発明の実施例２における中継部材のA部のワイヤボンディング時の断面図である。 図３の本発明の実施例２における中継部材の切り出し時の位置を示す上面図である。 （a）本発明の実施例３における中継部材の上面図である。（b）本発明の実施例３における中継部材のＢ部の拡大図である。 図７の実施例３における中継部材の切り出し時の位置を示す上面図である。 図７の実施例３における中継部材を使用した配線例である。
符号の説明
１、１２、２９ 中継部材
２ 中継パッド
３ パッド連結部
４ シリコン基板
５ 第１の絶縁膜
６ 層間絶縁膜
７ パッシベーション膜
８ バッファコート膜
９ スクライブライン
１０ スクライブ位置
１１ シリコン露出部
１３ サブパッド
１４ サブパッド連結部
１５a、１５b 電源ピン
１６、１７ パッドワイヤ
１８、１９ パッド中継ワイヤ
２０a、２０b アドレスピン
２１ リードフレーム端子
２２ 第２のパッド
２３ 第１の半導体素子
２４ 第１の接着剤
２５ ダイパッド
２６ 第２の接着剤
２７ 第２の半導体素子
２８ 第３の接着剤
３０ 第１のパッド
３１ 第１の金属ワイヤ
３２ 第２の金属ワイヤ
３３ 第３の金属ワイヤ
３４ 第４の金属ワイヤ
３５ モールド樹脂

Claims (23)

  1. 表面に複数の第１のパッドが形成された第１の半導体チップ上に第２の半導体チップと半導体基板を有する中継部材とを搭載し、前記第１の半導体チップ、前記第２の半導体チップ、及び前記中継部材を封止する樹脂封止体を備えたマルチチップパッケージであって、
    前記第２の半導体チップは、前記第２の半導体チップの中央部に配置された複数の第２のパッドを備え、
    前記中継部材は、第１の中継パッド、第２の中継パッド、及び前記第１の中継パッドと第２の中継パッドとを接続するパッド連結部を備え、回路機能を有しておらず、
    前記第２の半導体チップの前記第２のパッドからの電気的接続は、接続端子へ接続される場合と前記第１の中継パッドを介して前記第２の中継パッドから前記接続端子又は前記第１の半導体チップへ接続される場合とを備えたことを特徴とするマルチチップパッケージ。
  2. 表面に複数の第１のパッドが形成された第１の半導体チップ上に第２の半導体チップと半導体基板を有する中継部材とを搭載し、前記第１の半導体チップ、前記第２の半導体チップ、及び前記中継部材を封止する樹脂封止体を備えたマルチチップパッケージであって、
    前記第２の半導体チップは、前記第２の半導体チップの中央部に配置された複数の第２のパッドを備え、
    前記中継部材は、第１の中継パッド、第２の中継パッド、及び前記第１の中継パッドと第２の中継パッドとを接続する配線を備え、回路機能を有しておらず、
    前記第２のパッドは、接続端子及び前記第１の中継パッドとワイヤボンディングされ、
    前記第１のパッド及び前記第２の中継パッドは、前記接続端子とワイヤボンディングされていることを特徴とするマルチチップパッケージ。
  3. 前記電気的接続は金属ワイヤによるボンディングであり、前記第２のパッドから前記第１の中継パッドへの前記金属ワイヤの長さが３mmを超えないことを特徴とする請求項１に記載のマルチチップパッケージ。
  4. 前記第２のパッドから前記第２半導体チップの端部までの距離は、前記第２のパッドから直接ボンディングされる前記接続端子と前記第２のパッドの間にある前記第１半導体チップの１辺に配置された前記第１のパッドから前記第２のパッドまでの距離の３／４以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のマルチチップパッケージ。
  5. 前記中継部材はさらに、第１のサブパッドと第２のサブパッドと前記第１及び第２のサブパッド間をつなぐ第２の連結部を備え、前記第１又は第２の中継パッドと前記第１又は第２のサブパッドが電気的に接続されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のマルチチップパッケージ。
  6. 表面に複数の第１のパッドが形成された第１の半導体チップ上に第２の半導体チップと半導体基板を有する中継部材とを搭載し、前記第１の半導体チップ、前記第２の半導体チップ、及び前記中継部材を封止する樹脂封止体を備えたマルチチップパッケージであって、
    前記第２の半導体チップは、前記第２の半導体チップの中央部に配置された複数の第２のパッドを備え、
    前記中継部材には、３以上の中継パッドと前記中継パッド同士を接続するパッド連結部とが直線状に形成された伝達群が、略並行に複数形成されており、かつ、前記中継部材は回路機能を有しておらず、
    前記第２の半導体チップの前記第２のパッドからの電気的接続は、接続端子へ接続される場合と前記伝達群を介して前記接続端子又は前記第１の半導体チップへ接続される場合とを備えたことを特徴とするマルチチップパッケージ。
  7. 回路機能を有する半導体チップの電気的信号を接続端子に伝達する矩形の中継部材であって、
    半導体基板と、
    前記半導体基板上に形成された複数の中継パッドと、
    隣り合う前記中継パッドをつなぐパッド連結部とを備え、
    回路機能を有しないことを特徴とする中継部材。
  8. 互いに前記パッド連結部によってつながれた前記複数の中継パッドの数が３以上であることを特徴とする請求項７に記載の中継部材。
  9. 前記中継パッド及び前記パッド連結部は、前記基板上に第１の絶縁膜を介して形成されていることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の中継部材。
  10. 前記パッド連結部は、同一の方向に形成されていることを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載の中継部材。
  11. 前記複数の中継パッドと前記複数のパッド連結部が直線状に形成された伝達群は、略並行に複数形成されていることを特徴とする請求項１０記載の中継部材。
  12. 前記第１の絶縁膜上の前記中継パッド及び前記パッド連結部を除く部分には、第２の絶縁膜が形成されるとともに、前記第２の絶縁膜上及び前記パッド連結部上には第１の保護膜が形成されていることを特徴とする請求項９〜１１のいずれかに記載の中継部材。
  13. 前記第１の保護膜は、前記中継パッド上の内周をも覆うことを特徴とする請求項１２に記載の中継部材。
  14. 前記中継部材の内周で、且つ、前記第１の保護膜上には、第２の保護膜が形成されていることを特徴とする請求項１２もしくは請求項１３のいずれかに記載の中継部材。
  15. 前記第２の保護膜は、前記中継部材の単一方向にのみ、形成されていることを特徴とする請求項１４に記載の中継部材
  16. 前記第１の保護膜及び前記第２の保護膜は、絶縁膜であることを特徴とする請求項１４もしくは請求項１５のいずれかに記載の中継部材。
  17. 前記パッド連結部の幅は、前記パッド連結部に接続された前記中継パッド間の距離よりも短いことを特徴とする請求項７〜請求項１６のいずれかに記載の中継部材。
  18. 隣り合う前記パッド連結部の間に形成された複数のサブパッドと、隣り合う前記サブパッドをつなぐサブパッド連結部を有することを特徴とする請求項７〜請求項１７のいずれかに記載の中継部材。
  19. 前記サブパッドは複数個置きの前記パッド連結部の間に形成されていることを特徴とする請求項１８に記載の中継部材。
  20. 前記中継パッドはマトリクス状に配置されていることを特徴とする請求項７〜１９のいずれかに記載の中継部材。
  21. 回路機能を有する半導体チップの電気的信号を接続端子に伝達する矩形の中継部材であって、
    半導体基板と、
    前記半導体基板上に形成された複数の中継パッドと、
    隣り合う前記中継パッドをつなぐパッド連結部とを備え、
    前記複数の中継パッドの全てを、前記電気的信号をそのまま前記接続端子へ伝達するために用ることができることを特徴とする中継部材。
  22. 回路機能を有する第１の半導体チップを準備する工程と、
    回路機能を有する第２の半導体チップを準備する工程と、
    半導体基板上に、３以上の中継パッドと前記中継パッド同士を接続するパッド連結部とが第１の方向に直線状に形成された伝達群が略並行に複数形成されており、回路機能を有していない中継部材を準備する工程と、
    前記中継部材の大きさを決定し、前記中継部材を所定の大きさに切断する工程と、
    前記第１の半導体チップ上に、前記第２の半導体チップと切断された前記中継部材とを搭載する工程を含むことを特徴とする、マルチチップパッケージの製造方法。
  23. 前記切断する工程は、
    前記第１の方向に関しては、隣り合う前記伝達群の間を切断し、
    前記第１の方向に直交する第２の方向に関しては、前記パッド連結部を切断することを特徴とする、請求項２２に記載のマルチチップパッケージの製造方法。
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