JPH11289047A - マルチチップモジュールおよびその製造方法 - Google Patents

マルチチップモジュールおよびその製造方法

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JPH11289047A
JPH11289047A JP10089788A JP8978898A JPH11289047A JP H11289047 A JPH11289047 A JP H11289047A JP 10089788 A JP10089788 A JP 10089788A JP 8978898 A JP8978898 A JP 8978898A JP H11289047 A JPH11289047 A JP H11289047A
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semiconductor chip
chip
semiconductor chips
chip module
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Yoichiro Aihara
陽一郎 相原
Keiichi Higeta
恵一 日下田
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Hitachi Ltd
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/10Bump connectors ; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/15Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
    • H01L24/17Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of a plurality of bump connectors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
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    • H01L2224/15Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
    • H01L2224/17Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of a plurality of bump connectors

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  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Wire Bonding (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 チップ間の信号伝搬遅延時間を短縮するとと
もに、チップ実装密度を向上できるマルチチップモジュ
ールおよびその製造方法を提供する。 【解決手段】 複数のプロセッサが実装されたマルチチ
ップモジュールであって、2層構造に積層された複数の
半導体チップ1と、これらの積層構造の半導体チップ1
を実装する基板2とからなり、基板2との電気的な接続
は上層の半導体チップ1aから引き出される構成となっ
ており、半導体チップ1は、重なり合う上層の半導体チ
ップ1aと下層の半導体チップ1bとは互いに位置がず
らされて、重なり合う部分のパッド同士が直接はんだボ
ール3により接続され、また基板2は、表面が凹凸状に
形成され、凹状部分2aに下層の半導体チップ1bが裏
返しに実装され、凸状部分2bで信号・電源の配線と上
層の半導体チップ1aのパッドとがはんだボール3を介
して接続されるようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数の半導体チッ
プを実装したモジュール技術に関し、特にチップ間の信
号伝搬遅延時間の短縮とチップ実装密度の向上に好適な
マルチチップモジュールおよびその製造方法に適用して
有効な技術に関する。
【0002】
【従来の技術】たとえば、本発明者が検討した技術とし
て、複数の半導体チップを実装したモジュールとして
は、ベアチップを積層し、メモリモジュールを構成する
技術などが考えられる。このメモリモジュールは、ベア
チップにポリイミドを塗り、接続パッド位置が端部にく
るように配線を形成し、複数のチップを接着材で積層し
た後、側端部に配線を形成し、端部にでた個々のチップ
と配線とをつなぎ、最下部にはんだバンプを形成し、基
板と接続して大容量のメモリモジュールを実現するもの
である。
【0003】なお、このようなメモリモジュールなどの
マルチチップモジュールに関する技術としては、たとえ
ば1993年5月31日、日経BP社発行の「実践講座
VLSIパッケージング技術(下)」P179〜P18
5などに記載される3次元実装技術などが挙げられる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記のよう
なマルチチップモジュールにおいては、半導体チップの
動作が高速化するに従い、半導体チップをモジュール上
に実装したときのチップ間配線による信号の遅延やノイ
ズが顕著になることが考えられる。これにより、システ
ムの特性がチップ間配線によって決まってしまうという
課題が生じる。
【0005】そこで、本発明の目的は、半導体チップの
積層構造を工夫して、チップ間の信号伝搬遅延時間を短
縮するとともに、チップ実装密度を向上させることがで
きるマルチチップモジュールおよびその製造方法を提供
することにある。
【0006】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。
【0007】
【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簡単に説明すれば、
次のとおりである。
【0008】すなわち、本発明によるマルチチップモジ
ュールは、重なり合う半導体チップを互いに位置をずら
して、パッドとパッドとを配線基板などを介さずに直接
はんだボールなどによって接続し、半導体チップを2層
構造に積層した実装方式とするものである。
【0009】この実装方式において、下層の半導体チッ
プは裏返しに実装し、信号・電源ともに上層の半導体チ
ップと受け渡しを行い、基板への信号・電源の配線は上
層の半導体チップのパッドから引き出す配線方式とする
ものである。
【0010】この基板には、下層の半導体チップを裏返
しに実装する凹状部分を形成し、この基板の凸状部分で
基板の信号・電源の配線と上層の半導体チップのパッド
とをはんだボールを介して接続するようにしたものであ
る。
【0011】さらに、上層の半導体チップの裏面には基
板と同じ形状の上面基板を付加して裏返しに実装し、基
板の信号・電源の配線と上層の半導体チップのパッド、
上面基板の信号・電源の配線と下層の半導体チップのパ
ッドとをそれぞれはんだボールを介して接続するように
したものである。
【0012】また、本発明によるマルチチップモジュー
ルの製造方法は、基板上の凹状部分に下層の半導体チッ
プを裏返しに実装し、上層の半導体チップのパッドには
んだボールを形成し、下層の半導体チップのパッドと上
層の半導体チップのパッド上のはんだボールとを接続す
るとともに、上層の半導体チップのパッド上のはんだボ
ールと基板の凸状部分の信号・電源の配線とを接続す
る、各工程を含むものである。
【0013】よって、前記マルチチップモジュールおよ
びその製造方法によれば、半導体チップ間の信号伝搬遅
延時間の短縮が可能である。製品的には、チップ間距離
が縮小されることから、チップ実装密度が向上し、小形
で高性能のシステムを構成することができる。
【0014】すなわち、半導体チップを2層構造にする
ことで、半導体チップを近接して配置することができ、
パッドからパッドへの距離が短くなるので、信号の遅延
時間を縮小することが可能となる。また、半導体チップ
同士が重なり合う配置になるので、基板の大きさが小さ
くできるので、半導体チップの実装率を上げることがで
きる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明す
るための全図において同一の部材には同一の符号を付
し、その繰り返しの説明は省略する。
【0016】(実施の形態1)図1は本発明の実施の形
態1であるマルチチップモジュールを示す概略平面図、
図2は図1のII−II’切断線における概略断面図、図3
はマルチチップモジュールの製造方法を示すフロー図で
ある。
【0017】まず、図1および図2により本実施の形態
のマルチチップモジュールの概略構成を説明する。
【0018】本実施の形態のマルチチップモジュール
は、たとえば複数のプロセッサが実装されたモジュール
とされ、2層構造に積層された複数の半導体チップ1
と、これらの積層構造の半導体チップ1を実装する基板
2とからなり、基板2との電気的な接続は上層の半導体
チップ1aから引き出される構成となっている。
【0019】半導体チップ1は、たとえばプロセッサな
どのベアチップからなり、重なり合う上層の半導体チッ
プ1aと下層の半導体チップ1bとは互いに位置がずら
されて、重なり合う部分のパッド同士が直接はんだボー
ル3により接続されている。このプロセッサは、それぞ
れが独立に演算可能であり、メモリや周辺装置をプロセ
ッサ間で共有可能な構成となっている。
【0020】基板2は、たとえば多層構造の配線基板か
らなり、各層に信号、電源などの配線が形成され、特に
表面が凹凸状に形成され、凹状部分2aに下層の半導体
チップ1bが裏返しに実装され、凸状部分2bで信号・
電源の配線と上層の半導体チップ1aのパッドとがはん
だボール3を介して接続されるようになっている。
【0021】次に、本実施の形態の作用について、マル
チチップモジュールの製造方法を図3のフローに基づい
て説明する。図3において、右側の図は各フローに対応
するマルチチップモジュールの断面図である。
【0022】まず、半導体チップ1a,1bのうちの下
層の半導体チップ1bのマウント工程において、基板2
上の凹状部分2aに接着材4などにより接着して下層の
半導体チップ1bを裏返しに実装する(ステップ30
1)。この基板2は、たとえば配線層が形成された複数
の基板基材を接着し、この積層された基板基板の表面上
に座ぐりなどにより凹状の開孔部を形成したり、あるい
は積層された基板基板の表面上に凸状部分2bを接着す
る方法などにより作成することができる。
【0023】また、はんだボール3の形成工程におい
て、上層の半導体チップ1aのパッド上にはんだボール
3を形成する(ステップ302)。そして、半導体チッ
プ1a,1b間、半導体チップ1a,1bと基板2との
接続工程において、下層の半導体チップ1bのパッドと
上層の半導体チップ1aのパッド上のはんだボール3と
を接続するとともに、上層の半導体チップ1aのパッド
上のはんだボール3と基板2の凸状部分2bの信号・電
源の配線とを接続する(ステップ303)。
【0024】これにより、基板2上に、はんだボール3
によりパッド同士が接続された2層構造の半導体チップ
1a,1bが実装されたマルチチップモジュールを完成
させることができる。
【0025】従って、本実施の形態のマルチチップモジ
ュールによれば、半導体チップ1が2層構造に積層さ
れ、この半導体チップ1のパッド同士が直接はんだボー
ル3によって接続されることにより、半導体チップ1を
近接して配置することができ、パッドからパッドへの距
離が短くなるので、信号の遅延時間を縮小することがで
きる。また、半導体チップ1同士が重なり合う配置にな
るので、基板2の大きさが小さくできるので、半導体チ
ップ1の実装率を上げることができる。
【0026】(実施の形態2)図4は本発明の実施の形
態2であるマルチチップモジュールを示す概略切断断面
図である。
【0027】本実施の形態のマルチチップモジュール
は、前記実施の形態1と同様に複数のプロセッサが実装
されたモジュールとされ、前記実施の形態1との相違点
は、2層構造に積層された上層の半導体チップの裏面に
上面基板が実装されて構成される点である。
【0028】すなわち、本実施の形態においては、たと
えば図4に示すように、2層構造に積層された複数の半
導体チップ1と、これらの積層構造の半導体チップ1を
実装する基板2とに加えて、上層の半導体チップ1aの
裏面に実装され、前記基板2と同じ形状の上面基板5と
から構成されている。
【0029】この構成において、基板2の信号・電源の
配線と上層の半導体チップ1aのパッドとがはんだボー
ル3を介して接続され、かつ付加された上面基板5の信
号・電源の配線と下層の半導体チップ1bのパッドとが
はんだボール3を介して接続され、下層の半導体チップ
1bからも信号・電源が引き出せるようになっている。
【0030】従って、本実施の形態のマルチチップモジ
ュールによれば、前記実施の形態1と同様に、半導体チ
ップ1を近接して配置することができ、パッドからパッ
ドへの距離が短くなるので、信号の遅延時間を縮小する
ことができ、また半導体チップ1同士が重なり合う配置
になるので、基板2の大きさが小さくできるので、半導
体チップ1の実装率を上げることができ、さらに前記実
施の形態1に比べて、下層の半導体チップ1bからも信
号・電源が引き出せるので、基板2および上面基板5と
の入出力端子数を多くとることができる。
【0031】以上、本発明者によってなされた発明をそ
の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前
記実施の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。
【0032】たとえば、前記実施の形態においては、プ
ロセッサからなる複数の半導体チップが実装されたマル
チチップモジュールについて説明したが、これに限定さ
れるものではなく、メモリなどの半導体チップや、さら
にプロセッサとメモリとの組み合わせからなる複数の半
導体チップが実装されたマルチチップモジュールなどに
ついても広く適用可能である。
【0033】
【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、
以下のとおりである。
【0034】(1).重なり合う半導体チップのパッド同士
を直接はんだボールなどによって接続し、半導体チップ
を2層構造に積層した実装方式とすることで、半導体チ
ップを近接して配置することができるので、パッドから
パッドへの距離が短くなって信号の遅延時間を縮小する
ことが可能となる。
【0035】(2).半導体チップ同士が重なり合う配置に
なるので、基板の大きさが小さくでき、かつチップ間距
離が縮小されることから、半導体チップの実装率を向上
させることが可能となる。
【0036】(3).上面基板を付加して裏返しに実装し、
基板、上面基板の信号・電源の配線とそれぞれ上層、下
層の半導体チップのパッドとを接続する実装方式とする
ことで、基板との入出力端子数を増加させることが可能
となる。
【0037】(4).前記(1) 〜(3) により、チップ間の信
号伝搬遅延時間を短縮するとともに、チップ実装密度を
向上させることができるマルチチップモジュールを実現
し、小形で高性能のシステムを構成することが可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1であるマルチチップモジ
ュールを示す概略平面図である。
【図2】本発明の実施の形態1のマルチチップモジュー
ルにおいて、図1のII−II’切断線における概略断面図
である。
【図3】本発明の実施の形態1のマルチチップモジュー
ルの製造方法を示すフロー図である。
【図4】本発明の実施の形態2であるマルチチップモジ
ュールを示す概略切断断面図である。
【符号の説明】
1 半導体チップ 1a 上層の半導体チップ 1b 下層の半導体チップ 2 基板 2a 凹状部分 2b 凸状部分 3 はんだボール 4 接着材 5 上面基板

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に複数の半導体チップが実装され
    たマルチチップモジュールであって、前記複数の半導体
    チップのうち、重なり合う半導体チップが互いに位置を
    ずらして接続端子同士が直接はんだボールにより接続さ
    れ、前記基板上に前記半導体チップが2層構造に積層さ
    れてなることを特徴とするマルチチップモジュール。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のマルチチップモジュール
    であって、前記重なり合う半導体チップのうち、下層の
    半導体チップは前記基板上に裏返しに実装され、かつ上
    層の半導体チップは表向きに実装されて信号・電源の受
    け渡しが行われ、前記基板への信号・電源の配線は前記
    上層の半導体チップの接続端子から引き出されてなるこ
    とを特徴とするマルチチップモジュール。
  3. 【請求項3】 請求項2記載のマルチチップモジュール
    であって、前記基板には前記下層の半導体チップが裏返
    しに実装される凹状部分が形成され、かつこの基板の凸
    状部分で前記基板の信号・電源の配線と前記上層の半導
    体チップの接続端子とが前記はんだボールを介して接続
    されてなることを特徴とするマルチチップモジュール。
  4. 【請求項4】 請求項3記載のマルチチップモジュール
    であって、前記上層の半導体チップの裏面には前記基板
    と同じ形状の上面基板が裏返しに実装され、前記基板の
    信号・電源の配線と前記上層の半導体チップの接続端子
    とが前記はんだボールを介して接続され、かつ前記上面
    基板の信号・電源の配線と前記下層の半導体チップの接
    続端子とが前記はんだボールを介して接続されてなるこ
    とを特徴とするマルチチップモジュール。
  5. 【請求項5】 請求項1、2、3または4記載のマルチ
    チップモジュールであって、前記複数の半導体チップ
    は、プロセッサ、メモリ、またはその組み合わせからな
    ることを特徴とするマルチチップモジュール。
  6. 【請求項6】 基板上に複数の半導体チップが実装され
    たマルチチップモジュールの製造方法であって、前記基
    板上の凹状部分に前記複数の半導体チップのうちの下層
    の半導体チップを裏返しに実装する工程と、前記複数の
    半導体チップのうちの上層の半導体チップの接続端子に
    はんだボールを形成する工程と、前記下層の半導体チッ
    プの接続端子と前記上層の半導体チップの接続端子上の
    はんだボールとを接続するとともに、前記上層の半導体
    チップの接続端子上のはんだボールと前記基板の凸状部
    分の信号・電源の配線とを接続する工程とを含むことを
    特徴とするマルチチップモジュールの製造方法。
JP10089788A 1998-04-02 1998-04-02 マルチチップモジュールおよびその製造方法 Pending JPH11289047A (ja)

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