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JP2004172157A - 半導体パッケージおよびパッケージスタック半導体装置 - Google Patents

半導体パッケージおよびパッケージスタック半導体装置 Download PDF

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Takao Furuumi
貴夫 古海
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Shinko Electric Industries Co Ltd
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Abstract

【課題】複雑な電気的接続を必要とせずに積層可能した半導体パッケージおよびこれを複数個積層したパッケージスタック半導体装置を提供する。
【解決手段】下面に外部接続端子を備えたベース配線基板上に複数の半導体素子がダイボンドされて積層され、最上段の半導体素子上には、上面に外部接続端子を備えた中継用配線基板が更にダイボンドされ、各半導体素子および中継用配線基板がワイヤボンドによりベース配線基板上面に接続され、中継用配線基板の外部接続端子が露出するように樹脂封止されている半導体パッケージ。上記半導体パッケージが複数個積層され、下段半導体パッケージの封止樹脂から露出した上面の外部接続端子と、上段半導体パッケージのベース配線基板下面の外部接続端子とがはんだ接合されて上下の半導体パッケージが電気的に接続されているパッケージスタック半導体装置。
【選択図】 図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の半導体素子を積層して搭載した半導体パッケージおよび更にこの半導体パッケージを複数個積層したパッケージスタック半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体素子を用いた電子機器、特に携帯用電子機器は、小型化・高性能化が急速に進められており、これに応えるべく単一の半導体パッケージにできるだけ多数の半導体素子を搭載し、複数の半導体素子を搭載した半導体パッケージを実装基板単位面積内できるだけ多数個実装することが要請されている。
【０００３】
しかし、単一の半導体パッケージに搭載できる半導体素子の個数には限界があり、また、単位面積に多数個実装するために複数のパッケージを積層（スタック）するとパッケージ間の電気的な接続が複雑になるという問題があった（例えば、特許文献１を参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１２４６２８号公報（図１３〜１５、図１８、段落００４６〜００５６、段落００６５〜００６６）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、複雑な電気的接続を必要とせずに複数個のパッケージを積層可能にする複数の半導体素子を搭載した半導体パッケージおよびこの半導体パッケージを複数個積層したパッケージスタック半導体装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の半導体パッケージは、下面に外部接続端子を備えたベース配線基板上に複数の半導体素子がダイボンドされ、該半導体素子上には、上面に外部接続端子を備えた中継用配線基板が更にダイボンドされ、前記半導体素子および中継用配線基板はそれぞれ上面に備えた接続端子がワイヤボンドによりベース配線基板上面の接続端子に接続され、上記中継用配線基板の外部接続端子が露出するように封止されていることを特徴とする。
【０００７】
前記の半導体パッケージにおいて、前記ベース配線基板上に複数の半導体素子がダイボンドにより積層されている構造とすることができる。
【０００８】
前記の半導体パッケージにおいて、前記中継用配線基板に代えて、前記半導体素子は上面に外部接続端子を含む再配線を備えた半導体素子がダイボンドされており、各半導体素子はそれぞれ上面に備えた接続端子がワイヤボンドによりベース配線基板上面の接続端子に接続され、上記最上段半導体素子の外部接続端子が露出するように封止されている構造としてもよい。
【０００９】
これらの半導体パッケージにおいて、最下段の半導体素子はダイボンドに代えてフリップチップボンドによりベース配線基板に接続されていてもよい。
【００１０】
本発明は更に、上記いずれかの半導体パッケージが複数個積層され、下段半導体パッケージの封止部材から露出した上面の外部接続端子と、上段半導体パッケージのベース配線基板下面の外部接続端子とが接合されて上段半導体パッケージと下段半導体パッケージとが電気的に接続されていることを特徴とするパッケージスタック半導体装置を提供する。
【００１１】
上記いずれかの半導体パッケージの封止部材から露出した上面の外部接続端子に他の電子部品が接続されて搭載されていてもよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の半導体パッケージは、ベース配線基板上に複数の半導体素子をダイボンド（最下段はフリップチップボンドでも可）により積層し、各半導体素子とベース配線基板とをワイヤボンドにより電気的に接続し、パッケージの上面および下面に外部接続端子を設けたパッケージ構造としたことにより、スタックされるパッケージ間の電気的接続は単に上下のパッケージの外部接続端子同士をはんだ接合すれば実現できるので、複雑な電気的接続を必要とせずにパッケージスタックが可能になる。
【００１３】
〔実施形態１〕
図１を参照して、本発明の一実施形態による半導体パッケージの構造を説明する。
【００１４】
半導体パッケージ１は、下面に外部接続端子１０を備えたベース配線基板１２上に２個の半導体素子１４Ａ，１４Ｂが接着剤１６によりダイボンドされて積層され、最上段の半導体素子１４Ｂ上には、上面に外部接続端子１８を備えた中継用配線基板２０が更に接着剤１６によりダイボンドされ、各半導体素子１４Ａ、１４Ｂおよび中継用配線基板２０はそれぞれ上面に備えた接続端子１４Ａｐ、１４Ｂｐ、２０ｐがボンディングワイヤ２２によりベース配線基板１２上面の接続端子１２ｐに接続され、上記中継用配線基板２０の外部接続端子１８が露出するように樹脂２４により封止されている。ベース配線基板１２には、半導体素子１４Ａ、１４Ｂ、および中継用配線基板２０の間を接続する配線が形成されている。
【００１５】
なお、ベース配線基板１２、半導体素子１４Ａ、半導体素子１４Ｂ、中継用配線基板２０は、この順で平面図面積が順次小さくなっており、ベース基板１２、半導体素子１４Ａ、半導体素子１４Ｂの各上面にそれぞれ接続端子１２ｐ、１４Ａｐ、１４Ｂｐを設けるためのスペースが確保されている。
【００１６】
〔実施形態２〕
図２を参照して、本発明の他の実施形態による半導体パッケージの構造を説明する。
【００１７】
半導体パッケージ２は、実施形態１の半導体パッケージ１において、中継用配線基板２０に代えて、最上段の半導体素子１４Ｃの上面に外部接続端子１８を含む再配線層２６を備えており、各半導体素子１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃはそれぞれ上面に備えた接続端子１４Ａｐ、１４Ｂｐ、１４Ｃｐがボンディングワイヤ２２によりベース配線基板１２上面の接続端子１２ｐに接続され、上記最上段半導体素子１４Ｃの外部接続端子１８が露出するように樹脂２４により封止されている。ベース配線基板１２には、半導体素子１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、および中継用配線基板２０の間を接続する配線が形成されている。
【００１８】
なお、ベース配線基板１２、半導体素子１４Ａ、半導体素子１４Ｂ、半導体素子１４Ｃは、この順で平面図面積が順次小さくなっており、ベース基板１２、半導体素子１４Ａ、半導体素子１４Ｂの各上面にそれぞれワイヤボンド用の接続端子１２ｐ、１４Ａｐ、１４Ｂｐを設けるためのスペースが確保されている。
【００１９】
〔実施形態３〕
図３を参照して、本発明のもう１つの実施形態による半導体パッケージの構造を説明する。
【００２０】
半導体パッケージ３は、実施形態１の半導体パッケージ１において、最下段の半導体素子１４Ａは接着剤１６によるダイボンドに代えてフリップチップボンド２８によりベース配線基板１２に接続されている。
【００２１】
この場合、半導体素子１４Ａの上面にワイヤボンド用接続端子を設ける必要はなく、そのためのスペースも不要なので、半導体素子１４Ａ上に積層する半導体素子１４Ｂの平面図面積を半導体素子１４Ａより小さくする必要はない。
【００２２】
したがって、例えば図示したように半導体素子１４Ｂを半導体素子１４Ａと同一サイズとすることができ、その上に積層する中継用配線基板２０も実施形態１、２のパッケージ１、２の場合よりも一回り大きくすることができる。
【００２３】
更に、図示はしていないが、半導体素子１４Ｂと中継用配線基板２０との間に更に追加して半導体パッケージを積層する場合には、そのサイズについても実施形態１、２において更に追加の半導体パッケージを積層する場合よりも一回り大きいサイズとすることができる。これにより、ベース配線基板２０の単位面積当たり実装密度を更に高められる。
【００２４】
なお、本実施形態においては、最上層に実施形態１と同様の中継用配線基板２０を配置した例を説明したが、中継用配線基板２０の代わりに、最上層に実施形態２と同様に再配線層２６を備えた半導体素子１４Ｃを配置してもよい。
【００２５】
以上の実施形態１、２、３においては、半導体素子１４Ｂを省略した構造とすることもできる。すなわち、ベース配線基板１２上に半導体素子１４Ａを搭載し、この半導体素子１４Ａ上に直接、中継用配線基板２０を、または再配線層２６を備えた半導体素子１４Ｃを搭載してもよい。
【００２６】
〔実施形態４〕
図４を参照して、本発明の更にもう１つ実施形態によるパッケージスタック半導体装置の構造を説明する。
【００２７】
パッケージスタック半導体装置４０は、実施形態１の半導体パッケージ１およびその一部を変更した半導体パッケージ１Ｘ、１Ｙが積層されている。
【００２８】
すなわち、最下段の半導体パッケージ１は実施形態１の半導体パッケージ１と全く同じ構造である。
【００２９】
中段の半導体パッケージ１Ｘは、ベース配線基板１２の下面の外部接続端子１８を、その下段に位置する最下段の半導体パッケージ１の上面に設けた外部接続端子に対応する箇所にのみ設けた点で変更してある。
【００３０】
最上段の半導体パッケージ１Ｙは、ベース配線基板１２の下面の外部接続端子１８を、その下段に位置する中段の半導体パッケージ１Ｘの上面に設けた外部接続端子に対応する箇所にのみ設けた点と、パッケージ内の最上段を中継用配線基板２０ではなく半導体素子１４Ｂとしその上面全体を樹脂２４で封止した点で変更してある。
【００３１】
そして、下段半導体パッケージの封止樹脂２４から露出した上面の外部接続端子１８と、上段半導体パッケージのベース配線基板１２下面の外部接続端子１０とがはんだ接合されている。
【００３２】
すなわち、最下段の半導体パッケージ１の封止樹脂２４から露出した上面の外部接続端子１８と、その上段に位置する中段の半導体パッケージ１Ｘのベース配線基板１２下面の外部接続端子１０とがはんだ接合されてパッケージ１と１Ｘとが電気的に接続されており、中段の半導体パッケージ１Ｘの封止樹脂２４から露出した上面の外部接続端子１８と、その上段に位置する最上段の半導体パッケージ１Ｙのベース配線基板１２下面の外部接続端子１０とがはんだ接合されてパッケージ１Ｘと１Ｙとが電気的に接続されている。
【００３３】
図５（１）〜（５）および図６（１）〜（３）に、本実施形態のパッケージスタック半導体装置４０を製造する手順の一例を示す。
【００３４】
工程１（図５（１））
下面に外部接続端子用パッド１０’を備えたベース配線基板１２上に、半導体素子１４Ａを接着剤１６によりダイボンドする。半導体素子１４Ａのダイボンド領域を囲むようにベース配線基板１２の上面にはワイヤボンド用の接続端子１２ｐが配列されている。半導体素子１４Ａの上面周縁部にはワイヤボンド用の接続端子１４Ａｐが配列されている。
【００３５】
なお、実際には大判のベース配線基板１２に多数個のパッケージを一括して形成した後に、個々のパッケージ毎に切断分離するが、図示の便宜上、半導体パッケージ１個分に対応するベース配線基板１２の一部分のみを図示した。
【００３６】
工程２（図５（２））
半導体素子１４Ａ上に更に半導体素子１４Ｂを接着剤１６によりダイボンドする。上段の半導体素子１４Ｂは下段の半導体素子１４Ａよりも平面図面積が一回り小さく設定されており、下段半導体素子１４Ａのワイヤボンド用接続端子１４Ａｐが配列されている上面周縁部は上段半導体素子１４Ｂに覆われずに露出する。半導体素子１４Ｂの上面周縁部にはワイヤボンド用の接続端子１４Ｂｐが配列されている。
【００３７】
工程３（図５（３））
上段の半導体素子１４Ｂ上に更に中継用配線基板２０を接着剤１６によりダイボンドする。中継用配線基板２０は半導体素子１４Ｂよりも平面図面積が一回り小さく設定されており、半導体素子１４Ｂのワイヤボンド用接続端子１４Ｂｐが配列されている上面周縁部は中継用配線基板２０に覆われずに露出する。中継用配線基板２０は上面に外部接続端子１８を備えており、上面周縁部にはワイヤボンド用の接続端子２０ｐが配列されている。
【００３８】
工程４（図５（４））
半導体素子１４Ａ、１４Ｂおよび中継用配線基板２０のワイヤボンド用接続端子１４Ａｐ、１４Ｂｐおよび２０ｐと、ベース配線基板１２のワイヤボンド用接続端子１２ｐとをボンディングワイヤ２２で接続する。
【００３９】
工程５（図５（５））
中継用配線基板２０上面の外部接続端子１８を設けた領域のみが露出するように、ベース配線基板１２上の全領域を樹脂２４で封止する。この樹脂封止はトランスファーモールドにより行い、その際、樹脂封止せずに露出させる上記領域に対応する金型部位に凸部を設けた封止金型を用いる。
【００４０】
工程６（図６（１））
ベース配線基板１２下面の外部接続端子用パッド１０’にはんだボールを搭載して外部接続端子１０とする。
【００４１】
工程７（図６（２））
大判のベース配線基板１２上に工程６までを一括して行なった後に、個々の半導体パッケージ毎に切断する。これにより図１の半導体パッケージ１が多数個得られる。
【００４２】
半導体パッケージ１の上に積層する他の半導体パッケージ１Ｘ、１Ｙは、上記の工程１〜７を一部変更した下記の手順で作製する。
【００４３】
まず、パッケージ１上に積層するパッケージ１Ｘは、図６（３）に示すように、ベース配線基板１２の下面にはパッケージ１の上面外部接続端子１８の位置に対応して中央部付近にのみ外部接続端子（はんだボール）１０Ｘを設けた構造である。図１のパッケージ１と共通する部位には図１と同じ参照符号を付した。
【００４４】
パッケージ１Ｘを作製するには、工程１（図５（１））においてベース配線基板１２として、パッケージ１上面の外部接続端子１８に対応する位置にのみ下面の外部接続端子用パッド１０’が設けられているものを用いる。それ以外は、上記工程１〜７と全く同じ工程を行なえばよい。これにより、図６（３）に示したパッケージ１Ｘが多数個得られる。
【００４５】
次に、このパッケージ１Ｘ上に積層するパッケージ１Ｙは、図６（４）に示すように、ベース配線基板１２の下面にはパッケージ１Ｘの上面外部接続端子１８の位置に対応して中央部付近にのみ外部接続端子（はんだボール）１０Ｙを設けた構造である。更に、ベース配線基板１２上には半導体素子１４Ａ、１４Ｂのみが積層されており、パッケージ１や１Ｘのような最上段の中継用配線基板２０は設けず、パッケージ上面には露出領域を設けずに全面が樹脂封止されている。
【００４６】
パッケージ１Ｙを作製するには、工程１（図５（１））においてベース配線基板１２として、パッケージ１Ｘ上面の外部接続端子１８の位置に対応する位置にのみ下面の外部接続端子用パッド１０’が設けられているものを用いる。工程１〜２と同様の操作により半導体素子１４Ａ、１４Ｂを順次ダイボンドした後、工程３は省略し、工程４と同様の操作により半導体素子１４Ａ、１４Ｂとベース配線基板１２とのワイヤボンドを行う。これにより、図５（４）において中継用配線基板２０、対応する接着剤層１６、対応するボンディングワイヤ２２を省略した状態になる。次いで、工程５と同様の操作により樹脂封止を行なう。ただし、パッケージ１、１Ｘのような露出領域は残さずに、ベース配線基板１２上の全面を樹脂封止する。その後、工程６、７（図６（１）、（２））と同様の操作によりはんだボール搭載、切断分離を行う。これにより、図６（４）に示したパッケージ１Ｙが多数個得られる。
【００４７】
工程８（図４）
最後に、上記で作製したパッケージ１、１Ｘ、１Ｙを順次積層し、パッケージ１Ｘの下面外部接続端子（はんだボール）１０Ｘによりパッケージ１上にパッケージ１Ｘをはんだ接合して両者を電気的に接続し、パッケージ１Ｙの下面外部接続端子（はんだボール）１０Ｙによりパッケージ１Ｘ上にパッケージ１Ｙをはんだ接合して両者を電気的に接続する。
【００４８】
これにより、図４に示したパッケージスタック半導体装置４０が得られる。
【００４９】
なお、実施形態４においては、実施形態１の半導体パッケージ１を積層したパッケージスタック半導体装置４０の例を示した。しかし、本発明のパッケージスタック半導体装置はこれに限定する必要はなく、実施形態２または実施形態３の半導体パッケージ２または半導体パッケージ３を実施形態１の半導体パッケージ１と同様に積層してパッケージスタック半導体装置を得ることができる。
【００５０】
〔実施形態５〕
図４のパッケージスタック半導体装置４０は、同サイズの半導体パッケージ同士を積層した例であるが、下段半導体パッケージにこれよりも小さいサイズの半導体パッケージを積層することもできる。
【００５１】
一例として、図７に示したパッケージスタック半導体装置５０は、実施形態１の半導体パッケージ１上に、これよりも小さいサイズの半導体パッケージ４を積層してある。半導体パッケージ４は、ベース配線基板１２上に半導体素子１４Ｄが接着剤１６によりダイボンドされて搭載されており、半導体素子１４Ｄの接続端子１４Ｄｐがボンディングワイヤ２２によりベース基板１２の接続端子１２ｐに電気的に接続されている。
【００５２】
上段の半導体パッケージ４のベース配線基板１２下面に設けた外部接続端子１０と、下段の半導体パッケージ１の上面に設けた外部接続端子１８とがはんだ接合されて半導体パッケージ４と半導体パッケージ１とが電気的に接続されている。
【００５３】
〔実施形態６〕
本発明の半導体パッケージは、他の電子部品を搭載した形態の半導体パッケージとすることもできる。
【００５４】
一例として、図８に示した半導体パッケージ５は、実施形態１の半導体パッケージ１の封止樹脂２４から露出した上面の外部接続端子１８にキャパシタ、抵抗等の電子部品３０をはんだ１０により接続して搭載した構造である。
【００５５】
なお、実施形態５および実施形態６において、実施形態１の半導体パッケージ１を用いた例を示したが、これに限定する必要はなく、実施形態２または実施形態３の半導体パッケージ２または半導体パッケージ３も同様に用いることができる。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、複雑な電気的接続を必要とせずに複数個のパッケージを積層可能にする複数の半導体素子を搭載した半導体パッケージおよびこの半導体パッケージを複数個積層したパッケージスタック半導体装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施形態による半導体パッケージの断面図である。
【図２】図２は、本発明の他の実施形態による半導体パッケージの断面図である。
【図３】図３は、本発明の更にもう１つの実施形態による半導体パッケージの断面図である。
【図４】図４は、本発明の半導体パッケージを複数積層したパッケージスタック半導体装置の一実施形態を示す断面図である。
【図５】図５（１）〜（５）は、本発明の半導体パッケージおよびパッケージスタック半導体装置を作製する工程を示す断面図である。
【図６】図６（１）〜（４）は、図５（５）の工程に次いで行なう工程（図６（１）、（２））および積層する他のパッケージ（図６（３）、（４））をそれぞれ示す断面図である。
【図７】図７は、本発明のパッケージスタック半導体装置の他の態様を示す断面図である。
【図８】図８は、本発明の半導体パッケージの別の態様を示す断面図である。
【符号の説明】
１、１Ｘ、１Ｙ、５…本発明の半導体パッケージ
１０…パッケージ下面の外部接続端子（はんだボール）
１０’…外部接続端子用パッド
１２…ベース配線基板
１２ｐ…ベース配線基板１２のワイヤボンド用接続端子
１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄ…半導体素子
１４Ａｐ、１４Ｂｐ、１４Ｃｐ、１４Ｄｐ…半導体素子１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄのワイヤボンド用接続端子
１６…ダイボンド用接着剤
１８…パッケージ上面の外部接続端子
２０…中継用配線基板
２０ｐ…中継用配線基板２０のワイヤボンド用接続端子
２２…ボンディングワイヤ
２４…封止樹脂
２６…再配線層
４０、５０…パッケージスタック半導体装置

Claims (6)

  1. 下面に外部接続端子を備えたベース配線基板上に半導体素子がダイボンドされ、該半導体素子上には、上面に外部接続端子を備えた中継用配線基板が更にダイボンドされ、前記半導体素子および中継用配線基板はそれぞれ上面に備えた接続端子がワイヤボンドによりベース配線基板上面の接続端子に接続され、上記中継用配線基板の外部接続端子が露出するように封止されていることを特徴とする半導体パッケージ。
  2. 請求項１記載の半導体パッケージにおいて、前記ベース配線基板上に複数の半導体素子がダイボンドにより積層されていることを特徴とする半導体パッケージ。
  3. 請求項１または２記載の半導体パッケージにおいて、前記中継用配線基板に代えて、前記半導体素子は上面に外部接続端子を含む再配線を備えた半導体素子がダイボンドされており、各半導体素子はそれぞれ上面に備えた接続端子がワイヤボンドによりベース配線基板上面の接続端子に接続され、上記最上段半導体素子の外部接続端子が露出するように封止されていることを特徴とする半導体パッケージ。
  4. 請求項１から３までのいずれか１項記載の半導体パッケージにおいて、最下段の半導体素子はダイボンドに代えてフリップチップボンドによりベース配線基板に接続されていることを特徴とする半導体パッケージ。
  5. 請求項１から４までのいずれか１項記載の半導体パッケージが複数個積層され、下段半導体パッケージの封止部材から露出した上面の外部接続端子と、上段半導体パッケージのベース配線基板下面の外部接続端子とが接合されて上段半導体パッケージと下段半導体パッケージとが電気的に接続されていることを特徴とするパッケージスタック半導体装置。
  6. 請求項１から４までのいずれか１項記載の半導体パッケージの封止部材から露出した上面の外部接続端子に他の電子部品が接続されて搭載されていることを特徴とする半導体パッケージ。
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