JPH1084076A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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JPH1084076A
JPH1084076A JP8255576A JP25557696A JPH1084076A JP H1084076 A JPH1084076 A JP H1084076A JP 8255576 A JP8255576 A JP 8255576A JP 25557696 A JP25557696 A JP 25557696A JP H1084076 A JPH1084076 A JP H1084076A
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wiring board
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electrically connected
semiconductor device
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Hajime Hasebe
一 長谷部
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Hitachi Hokkai Semiconductor Ltd
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 MCM・ICのパッケージを縮小する。 【解決手段】 MCM・IC51は小チップ10、大チ
ップ20と、各内部端子33と各外部端子36とが各電
気配線38で電気接続された配線基板30と、各チップ
側端子43と各基板側端子46とが各電気配線47で電
気接続された補助枠40とを備えている。小チップ10
は配線基板30の中央部に配置されて各電極パッド13
が各内部端子33に各接続端子14で接続され、補助枠
40は小チップ10の外周に嵌合されて各基板側端子4
6が各内部端子33に各接続端子48で接続され、大チ
ップ20は小チップ10、補助枠40の上に重ねられて
各電極パッド23が各内部端子33に各接続端子24で
接続されている。 【効果】 多機能、多ピンでCSPのMCM・ICが開
発済の各種チップを転用で得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置、特
に、パッケージの縮小技術に関し、例えば、MCM(m
ulti chip module)パッケージを備え
ている半導体集積回路装置(以下、ICという。)に利
用して有効な技術に関する。
【従来の技術】
【0002】一般に、MCMパッケージは一枚の配線基
板の上に複数個の半導体チップ(以下、チップとい
う。)が二次元的に配置され、樹脂封止体や気密封止体
によって封止されて構成されている。
【0003】なお、MCMパッケージを述べてある例と
しては、株式会社日経BP社1993年5月31日発行
の「VLSIパッケージング技術(下)」P213〜P
253、がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ICを使用
する電子機器の小型薄形化に伴って、ICのパッケージ
の縮小が要求されている。そこで、半導体素子を含む集
積回路が作り込まれた半導体チップ(以下、チップとい
う。)のサイズと同等または略同等のサイズのチップ・
サイズ・パッケージ(Chip Size Packa
geまたはChip Scale Package。以
下、CSPという。)が開発されている。ICのパッケ
ージの縮小の要求は、MCMパッケージを備えているI
Cにおいても例外ではない。
【0005】しかしながら、従来のMCMパッケージに
おいては、一枚の配線基板の上に複数個のチップが二次
元的に配置されているため、平面視面積は複数個のチッ
プの平面視面積の総和よりも大きくなってしまう。
【0006】本発明の目的は、複数個の半導体チップを
備えた半導体装置のパッケージを縮小することができる
半導体装置の製造技術を提供することにある。
【0007】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。
【0008】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を説明すれば、次の通り
である。
【0009】すなわち、半導体装置は、主面の大きさが
異なる複数個の半導体チップが小さい順に下から配線基
板の第1主面の上に積み重なるように配置されていると
ともに、それぞれ対向する内部端子群に機械的かつ電気
的に接続されていることを特徴とする。
【0010】前記した半導体装置の製造方法は、第1主
面に内部端子群が形成され第2主面に外部端子群が形成
され各内部端子と各外部端子とが電気的に接続された配
線基板が準備される配線基板準備工程と、主面の大きさ
が異なる複数個の半導体チップが準備される半導体チッ
プ準備工程と、前記各半導体チップが小さい順に下から
前記配線基板の第1主面の上に積み重なるように配置さ
れているとともに、それぞれ対向する前記内部端子群に
機械的かつ電気的に接続される接続工程とを備えてい
る。
【0011】前記した半導体装置は複数個の半導体チッ
プが配線基板の上に積み重ねられているため、その平面
視の面積は最大平面視面積の半導体チップの大きさと略
等しくなる。
【0012】前記した半導体装置の製造方法によれば、
機能や内部構造を変更せずに複数個の半導体チップを搭
載することができるため、ICの新規開発や大幅な設計
変更を省略することができ、ワン・チップ・パッケージ
と同等の新製品の開発期間や諸費用を大幅に低減するこ
とができる。
【0013】
【発明の実施の形態】図1は本発明の一実施形態である
半導体装置を示しており、(a)は一部省略一部切断平
面図、(b)は(a)のb−b線に沿う正面断面図、
(c)は(a)のc−c線に沿う正面断面図である。図
2以降は本発明の一実施形態である半導体装置の製造方
法を示す各工程の説明図である。
【0014】本実施形態において、本発明に係る半導体
装置は、MCMパッケージを備えているIC(以下、M
CM・ICという。)として構成されている。図1に示
されているように、MCM・IC51は平面形状の大き
さが大小異なるチップ10およびチップ20と、基板本
体31の第1主面32に内部端子33群が形成され第2
主面35に外部端子36群が形成され各内部端子33と
各外部端子36とが各電気配線38によって電気的に接
続された配線基板30と、枠本体41の第1主面42に
チップ側端子43群が形成され第2主面45に基板側端
子46群が形成され各チップ側端子43と各基板側端子
46とが各電気配線47によって電気的に接続された補
助枠40とを備えている。
【0015】小さいチップ10は配線基板30の第1主
面32の中央部に配置されているとともに、各電極パッ
ド13が対向する各内部端子33に各接続端子14によ
って機械的かつ電気的に接続されている。補助枠40は
小さいチップ10の外周に嵌合されているとともに、各
基板側端子46が配線基板30の第1主面32における
周辺部に配列された各内部端子33に各接続端子48に
よって機械的かつ電気的に接続されている。大きいチッ
プ20は小さいチップ10および補助枠40の上に重ね
られて配置されているとともに、各電極パッド23が対
向する各内部端子33に各接続端子24によって機械的
かつ電気的に接続されている。小さいチップ10、大き
いチップ20および補助枠40は配線基板30の第1主
面32上に成形された樹脂封止体50によって樹脂封止
されている。
【0016】以下、本発明の一実施形態であるMCM・
ICの製造方法を説明する。この説明によって、前記M
CM・ICの構成の詳細が明らかにされる。
【0017】図2に示されているように、本実施形態に
係るMCM・ICの製造方法においては、平面形状が小
さいチップ(以下、小チップという。)10と、平面形
状が小チップ10よりも大きいチップ(以下、大チップ
という。)20とが用意される。小チップ10および大
チップ20はいずれも、ICの所謂前工程において半導
体ウエハ(図示せず)の状態でそれぞれ所望の半導体集
積回路を作り込まれるとともに、アクティブ・エリア側
である第1主面に半導体集積回路を外部に電気的に取り
出すための電極パッドを形成される。ICの所謂後工程
の最初の工程であるダイシング工程において、半導体ウ
エハが正方形の小さな平板形状に分断されることによ
り、小チップ10および大チップ20がそれぞれ製造さ
れた状態になる。
【0018】図2(a)および(b)に示されているよ
うに、小チップ10のアクティブ・エリア側である第1
主面11には多数個の電極パッド13が、略全面にわた
ってマトリックス状に配列されている。各電極パッド1
3は後記する配線基板のバンプと機械的かつ電気的に接
続し得るように構成されている。なお、12はアクティ
ブ・エリア側と反対側の第2主面である。
【0019】図2(c)および(d)に示されているよ
うに、大チップ20のアクティブ・エリア側である第1
主面21には多数個の電極パッド23が、周辺部におい
てアレイ状に配列されている。各電極パッド23は後記
する配線基板のバンプと機械的かつ電気的に接続し得る
ように構成されている。大チップ20の平面視の大きさ
は小チップ10に対して少なくとも電極パッド23の列
が突き出る分だけは大きくなるように設定されている。
なお、22はアクティブ・エリア側と反対側の第2主面
である。
【0020】他方、配線基板準備工程において、図3に
示されている配線基板30が製造される。図3に示され
ている配線基板30はセラミックやガラス含浸エポキシ
樹脂等の絶縁基板によって形成された基板本体(以下、
本体という。)31を備えており、本体31は後記する
補助枠40の外径よりも若干大きめの外径を有する正方
形の板形状に形成されている。
【0021】本体31の第1主面32には多数個の内部
端子33が略全面にわたってマトリックス状に配列され
ており、各内部端子33には内部端子用バンプ(以下、
内バンプという)34が突設されている。内部端子33
の数は小チップ10の電極パッド13の数と、大チップ
20の電極パッド23の数との和になるように設定され
ており、各内部端子33の配置は小チップ10の各電極
パッド13の配置、および大チップ20の各電極パッド
23の配置に対応するように設定されている。内バンプ
34は導電性材料である金(Au)が使用されて、めっ
き法や蒸着法およびワイヤボンディング法等の手段によ
って半球形状等の適当な突起形状に形成される。内バン
プ34の外径は各電極パッド13、23の外径よりも若
干大きくなるように設定されている。
【0022】本体31の第2主面35には多数個の外部
端子36が外周辺部においてアレイ状に配列されてお
り、外部端子36には外部端子用バンプ(以下、外バン
プという。)37が突設されている。外部端子36の数
は内部端子33の数と等しくなるように設定されてお
り、各外部端子36の配置は実装ボード(図示せず)の
規格に一致するように設定されている。外バンプ37は
ICの実装に際して一般的に使用される半田材料が使用
されて、半田ボールの溶着等の手段によって半球形状等
の適当な突起形状に形成される。
【0023】本体31の内部には内部端子33と外部端
子36とを電気的に接続する電気配線38が多数本、互
いに電気的に独立するように敷設されている。
【0024】本実施形態においては、図4に示されてい
る補助枠40が製造される。図4に示されている補助枠
40はセラミックやガラス含浸エポキシ樹脂等の絶縁材
料によって枠形状に形成された枠本体41を備えてお
り、枠本体41は小チップ10の外径よりも若干大きめ
の内径と配線基板30の外径よりも若干小さめの外径と
を有する正方形の枠形状に形成されている。枠本体41
の厚さは小チップ10の厚さと略等しくなるように設定
されている。
【0025】枠本体41の第1主面42には多数個のチ
ップ側端子43がアレイ状に配列されており、各チップ
側端子43には枠バンプ44が突設されている。チップ
側端子43の数は大チップ20の電極パッド23の数と
等しくなるように設定されており、各チップ側端子43
の配置は大チップ20の各電極パッド23の配置に対応
するように設定されている。枠バンプ44は導電性材料
である金(Au)が使用されて、めっき法や蒸着法およ
びワイヤボンディング法等の手段によって半球形状等の
適当な突起形状に形成される。枠バンプ44の外径は大
チップ20の電極パッド23の外径よりも若干大きくな
るように設定されている。
【0026】枠本体41の第2主面45にはチップ側端
子43と同数個の基板側端子46がアレイ状に配列され
ており、各基板側端子46の配置は配線基板30の外部
端子36のうち外周辺部における各外部端子36に対応
するように設定されている。枠本体41の内部にはチッ
プ側端子43と基板側端子46とを電気的に接続する電
気配線47が多数本、互いに電気的に独立するように敷
設されている。
【0027】配線基板準備工程で準備された前記構成に
係る配線基板30には小チップ10が、小チップ接続工
程において、フリップチップ法によって図5に示されて
いるように機械的かつ電気的に接続される。すなわち、
図5(a)に示されているように、小チップ10が第1
主面11側を配線基板30の第1主面32側に向けて、
かつ、同心的に配置されて、小チップ10の各電極パッ
ド13と配線基板30の内バンプ34群のうち中央部の
各内バンプ34とが整合される。小チップ10と配線基
板30とが加熱下で押接されると、各電極パッド13と
各内バンプ34とが熱圧着されて、図5(b)に示され
ている接続端子14がそれぞれ形成されるため、小チッ
プ10と配線基板30とは機械的かつ電気的に接続され
た状態になる。
【0028】以上のようにして小チップ10と配線基板
30とが接続された組立体には前記構成に係る補助枠4
0が、補助枠接続工程において、フリップチップ法によ
って図6に示されているように機械的かつ電気的に接続
される。すなわち、図6(a)に示されているように、
補助枠40が第2主面45側を配線基板30の第1主面
32側に向けられて、小チップ10の外周に嵌合される
と、補助枠40の各基板側端子46と配線基板30の内
バンプ34群のうち小チップ10の外側の周辺部で露出
した各内バンプ34とが整合される。補助枠40と配線
基板30とが加熱下で押接されると、各基板側端子46
と各内バンプ34とが熱圧着されて、図6(b)に示さ
れている接続端子48がそれぞれ形成されるため、補助
枠40と配線基板30とは機械的かつ電気的に接続され
た状態になる。
【0029】以上のようにして小チップ配線基板組立体
と補助枠40とが接続された組立体には大チップ20
が、大チップ接続工程において、フリップチップ法によ
って図7に示されているように機械的かつ電気的に接続
される。すなわち、図7(a)に示されているように、
大チップ20が第1主面21側を小チップ10の第2主
面12側に向けて、かつ、同心的に配置されて、大チッ
プ20の各電極パッド23と補助枠40の枠バンプ44
とが整合される。大チップ20と補助枠40とが加熱下
で押接されると、各電極パッド23と各枠バンプ44と
が熱圧着されて図7(b)に示されている接続端子24
がそれぞれ形成されるため、大チップ20と補助枠40
とは機械的かつ電気的に接続された状態になる。補助枠
40は配線基板30に接続端子48によって電気的に接
続されているため、大チップ20は補助枠40を介して
配線基板30に電気的に接続された状態になる。
【0030】以上のようにして小チップ10および大チ
ップ20が接続された配線基板30には樹脂封止体成形
工程(図示せず)において、図1に示されている樹脂封
止体50が小チップ10、大チップ20および補助枠4
0を樹脂封止するように成形される。この状態におい
て、小チップ10の半導体集積回路は、電極パッド1
3、接続端子14、配線基板30の内部端子33、電気
配線38および外部端子を介して配線基板30の外バン
プ37に電気的に引き出された状態になっている。ま
た、大チップ20の半導体集積回路は、電極パッド2
3、接続端子24、補助枠40のチップ側端子43、電
気配線47、基板側端子46、接続端子48、配線基板
30の内部端子33、電気配線38および外部端子36
を介して配線基板30の外バンプ37に電気的に引き出
された状態になっている。
【0031】前記実施形態によれば、次の効果が得られ
る。 大小のチップを小さい順に下から配線基板の第1主
面の上に積み重なるように配置するとともに、各チップ
の電極パッドをそれぞれ対向する内部端子群に機械的か
つ電気的に接続することにより、パッケージの大きさを
大きいチップの大きさと略等しく縮小することができる
ため、多機能かつ多ピンでしかもCSPのMCM・IC
を実現することができる。
【0032】 MCM・ICを構成する大小のチップ
として既に開発済の各種のチップを機能や内部構造を変
更せずに使用することができるため、MCM・ICの新
規開発や大幅な設計変更を省略することができ、ワン・
チップ・パッケージと同等の新製品の開発期間や諸費用
を大幅に低減することができる。
【0033】図8は本発明の実施形態2である半導体装
置を示しており、(a)は一部省略一部切断平面図、
(b)は(a)のb−b線に沿う正面断面図、(c)は
(a)のc−c線に沿う正面断面図である。
【0034】本実施形態2が前記実施形態1と異なる点
は、補助枠が省略されており、配線基板30の第1主面
32における外周辺部に配列の外バンプ(図示せず)に
よって形成された背の高い接続端子25群により、大チ
ップ20が配線基板30に直接的に機械的かつ電気的に
接続されている点にある。
【0035】本実施形態2によれば、前記実施形態1の
効果に加えて、補助枠が省略されているため、製造コス
トをより一層低減することができるという効果を得るこ
とができる。
【0036】以上本発明者によってなされた発明を実施
形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施形
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いうまでもない。
【0037】積み重ねるチップの数は大小2個に限ら
ず、大中小の3個またはそれ以上であってもよい。
【0038】接続端子を形成するためのバンプは配線基
板に配設するに限らず、各チップにそれぞれ配設しても
よい。
【0039】チップや接続端子群を封止する封止体は、
樹脂封止体に構成するに限らず、気密封止体に構成して
もよい。
【0040】配線基板の外部端子に突設するアウタリー
ドは、半田バンプによるボール・グリッド・アレr(b
all grid array)構造に構成するに限ら
ず、ピン・グリッド・アレイ(pin grid ar
ray)構造等に構成してもよい。
【0041】以上の説明では主として本発明者によって
なされた発明をその背景となった利用分野であるMCM
・ICに適用した場合について説明したが、それに限定
されるものではなく、ハイブリットICのように複数個
のチップが搭載される半導体装置全般に適用することが
できる。特に、本発明は、多機能かつ多ピンでしかもパ
ッケージが小さい半導体装置に適用して優れた効果を得
ることができる。
【0042】
【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、次
の通りである。
【0043】大小のチップを小さい順に下から配線基板
の第1主面の上に積み重なるように配置するとともに、
各チップの電極パッドをそれぞれ対向する内部端子群に
機械的かつ電気的に接続することにより、パッケージの
大きさを大きいチップの大きさと略等しく縮小すること
ができるため、多機能かつ多ピンでしかもパッケージの
小さい半導体装置を構成することができる。
【0044】半導体装置を構成する大小のチップとして
既に開発済の各種のチップを機能や内部構造を変更せず
に使用することができるため、半導体装置の新規開発や
大幅な設計変更を省略することができ、ワン・チップ・
パッケージと同等の新製品の開発期間や諸費用を大幅に
低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態である半導体装置を示して
おり、(a)は一部省略一部切断平面図、(b)は
(a)のb−b線に沿う正面断面図、(c)は(a)の
c−c線に沿う正面断面図である。
【図2】(a)および(b)は小チップを示す一部切断
正面図および一部省略底面図である。(c)および
(d)は大チップを示す一部切断正面図および一部省略
底面図である。
【図3】本発明の一実施形態である半導体装置の製造方
法に使用される配線基板を示しており、(a)は一部切
断正面図、(b)は上半分が平面図で、下半分が底面図
である。
【図4】同じく補助枠を示しており、(a)は一部切断
正面図、(b)は上半分が平面図で、下半分が底面図で
ある。
【図5】本発明の一実施形態である半導体装置の製造方
法における小チップ接続工程を示しており、(a)は接
続時の一部切断正面図、(b)は接続後の一部切断正面
図である。
【図6】同じく補助枠接続工程を示しており、(a)は
接続時の一部切断正面図、(b)は接続後の一部切断正
面図である。
【図7】同じく大チップ接続工程を示しており、(a)
は接続時の一部切断正面図、(b)は接続後の一部切断
正面図である。
【図8】本発明の実施形態2である半導体装置を示して
おり、(a)は一部省略一部切断平面図、(b)は
(a)のb−b線に沿う正面断面図、(c)は(a)の
c−c線に沿う正面断面図である。
【符号の説明】
10…小チップ(半導体チップ)、11…第1主面、1
2…第2主面、13…電極パッド、14…接続端子、2
0…大チップ(半導体チップ)、21…第1主面、22
…第2主面、23…電極パッド、24…接続端子、25
…背の高い接続端子、30…配線基板、31…基板本
体、32…第1主面、33…内部端子、34…内部端子
用バンプ(内バンプ)、35…第2主面、36…外部端
子、37…外部端子用バンプ(外バンプ)、38…電気
配線、40…補助枠、41…枠本体、42…第1主面、
43…チップ側端子、44…枠バンプ、45…第2主
面、46…基板側端子、47…電気配線、48…接続端
子、50…樹脂封止体、51…MCM・IC(半導体装
置)。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1主面に内部端子群が形成され第2主
    面に外部端子群が形成され各内部端子と各外部端子とが
    電気的に接続された配線基板と、主面の大きさが異なる
    複数個の半導体チップとを備えており、前記各半導体チ
    ップが小さい順に下から前記配線基板の第1主面の上に
    積み重なるように配置されているとともに、それぞれ対
    向する前記内部端子群に機械的かつ電気的に接続されて
    いることを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 小さい半導体チップが前記配線基板の第
    1主面の中央部に配置されて対向する内部端子群に機械
    的かつ電気的に接続されており、大きい半導体チップが
    小さい半導体チップの上に同心的に重ねられて配置され
    ているとともに、前記配線基板の第1主面の周辺部に配
    置されて周辺部の内部端子群に機械的かつ電気的に接続
    された補助枠の接続端子群に機械的かつ電気的に接続さ
    れていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装
    置。
  3. 【請求項3】 小さい半導体チップが前記配線基板の第
    1主面の中央部に配置されて対向する内部端子群に機械
    的かつ電気的に接続されており、大きい半導体チップが
    小さい半導体チップの上に同心的に重ねられて配置され
    ているとともに、前記配線基板の第1主面の周辺部の内
    部端子群に機械的かつ電気的に接続されていることを特
    徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  4. 【請求項4】 請求項1に記載の半導体装置の製造方法
    は次の工程を備えている、(a) 第1主面に内部端子
    群が形成され第2主面に外部端子群が形成され各内部端
    子と各外部端子とが電気的に接続された配線基板が準備
    される配線基板準備工程、(b) 主面の大きさが異な
    る複数個の半導体チップが準備される半導体チップ準備
    工程、(c) 前記各半導体チップが小さい順に下から
    前記配線基板の第1主面の上に積み重なるように配置さ
    れているとともに、それぞれ対向する前記内部端子群に
    機械的かつ電気的に接続される接続工程。
  5. 【請求項5】 前記接続工程において、小さい半導体チ
    ップが前記配線基板の第1主面の中央部に配置されて対
    向する内部端子群に機械的かつ電気的に接続され、大き
    い半導体チップが小さい半導体チップの上に同心的に重
    ねられて配置されるとともに、前記配線基板の第1主面
    の周辺部に配置されて周辺部の内部端子群に機械的かつ
    電気的に接続された補助枠の接続端子群に機械的かつ電
    気的に接続され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。
  6. 【請求項6】 前記接続工程において、小さい半導体チ
    ップが前記配線基板の第1主面の中央部に配置されて対
    向する内部端子群に機械的かつ電気的に接続され、大き
    い半導体チップが小さい半導体チップの上に同心的に重
    ねられて配置されるとともに、前記配線基板の第1主面
    の周辺部の内部端子群に機械的かつ電気的に接続される
    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。
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