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JP4433399B2 - 半導体装置の製造方法及び三次元半導体装置 - Google Patents

半導体装置の製造方法及び三次元半導体装置 Download PDF

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Description

本発明は、生産性に優れた半導体装置の製造方法及びその半導体装置を複数積層した三次元半導体装置に関する。
携帯電話やＰＤＡ等のモバイル用通信機器やノートパソコン等の電子機器の小型化、高機能化に伴い、これらを構成する電子部品の高密度実装対応が不可欠になっている。電子部品の高密度化は、従来より電子部品の小型化による部品端子のファインピッチ化や実装基板の配線パターンの微細化によって対応してきたが、半導体ベアチップや半導体パッケージ部品を三次元に積み重ねて実装効率を向上させた三次元モジュール構造が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特許文献１の従来技術では、半導体チップを搭載した複数の半導体パッケージを積層する際、半導体パッケージの接続ランド部に接合されるはんだボールによって一体化する構造である。このため、半導体チップ等の厚みが厚くなるにつれて、一体化するはんだバンプの径を大きくしなければならない。はんだバンプの径が大きくすることは、その分、実装面積が小さくなることから、その小さくなった実装面積では半導体チップ等を搭載することができなくなる。このため、半導体装置の外形を大きくして実装面積を確保しなければならない問題がある。
また、基板に実装された半導体チップにワイヤボンディングを施し、更に、周辺の受動部品を構成するチップ部品と一緒に樹脂封止する場合には、その大きさに応じた金型を用いて樹脂封止しなければならず、金型作成に余計なコストが掛かる問題があった。
特開２００３−１８８３４２号公報（頁６、図１、図７）
従来から、実装効率を向上させた三次元モジュール構造が提案されているが、半導体チップやチップ部品の厚みが厚くなるにつれて、一体化するはんだバンプの径を大きくしなければならないことから、実装面積を確保するために半導体装置の外形を大きくしなければならない問題があった。また、基板に実装された半導体チップやチップ部品を一緒に樹脂封止する場合には、その大きさに応じた金型を用いて樹脂封止しなければならず、金型作成に余計なコストが掛かる問題があった。
本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、多層プリント配線板の上にキャビティ付きの両面配線板を搭載して小型化を保ち、かつ生産性の良い半導体装置の製造方法及びその製造方法で得た半導体装置を積層した三次元半導体装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、半導体装置の製造方法は、多層プリント配線板の少なくとも片面の複数箇所に半導体素子と受動部品とを組み合わせた複数の半導体装置を作成して、これを個片化して半導体装置を製造する方法であって、前記多層プリント配線板の前記複数箇所に前記受動部品を接続する工程と、前記多層プリント配線板の前記複数箇所の半導体素子取り付け部および両面配線板取り付け部に接続用フィルムを貼り付ける工程と、前記半導体素子取り付け部に第１半導体素子を仮置きし、前記第１半導体素子および前記受動部品に対応して複数箇所にキャビティ部が形成された両面配線板を前記両面配線板取り付け部に仮貼り付けする工程と、前記第１半導体素子および前記両面配線板を一括して加圧・加熱して前記多層プリント配線板に接続する工程と、前記第１半導体素子の上に第２半導体素子をマウントして前記半導体素子を構成し、前記半導体素子と前記多層プリント配線板上の接続端子部との間をワイヤボンディング接続した後に、前記キャビティ部を樹脂封止する工程と、前記樹脂封止された前記半導体装置毎に接続用はんだバンプを形成した後に、前記個片化する工程とを有することを特徴とする。
また、半導体装置の製造方法は、多層プリント配線板の少なくとも片面の複数箇所に半導体素子と受動部品とを組み合わせた複数の半導体装置を作成して、これを個片化して半導体装置を製造する方法であって、前記多層プリント配線板の前記複数箇所に前記受動部品を接続する工程と、前記多層プリント配線板の前記複数箇所内の両面配線板取り付け部に接続用フィルムを貼り付ける工程と、前記複数箇所内の半導体素子取り付け部に金属製パンプ付きの第１半導体素子を仮置きし、前記第１半導体素子および前記受動部品に対応して複数箇所にキャビティ部が形成された両面配線板を前記両面配線板取り付け部に仮貼り付けする工程と、前記第１半導体素子および前記両面配線板を一括して加圧・加熱して前記多層プリント配線板に接続する工程と、前記第１半導体素子の上に第２半導体素子をマウントして前記半導体素子を構成し、前記半導体素子と前記多層プリント配線板上の接続端子部との間をワイヤボンディング接続した後に、前記キャビティ部を樹脂封止する工程と、前記樹脂封止された前記半導体装置毎に接続用はんだバンプを形成した後に、前記個片化する工程とを有することを特徴とする。
本発明の半導体装置の製造方法によれば、半導体素子やチップ部品の厚みが厚くなってもキャビティ部が形成された両面配線板によって対処することができ、半導体装置の外形を大きくする必要がない。しかも、半導体素子および両面配線板を一括して加圧・加熱して多層プリント配線板に接続することができるため、生産性に優れている。また、基板上に実装された半導体素子やチップ部品を樹脂封止するための特別な金型も必要としない等の効果を有する。
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１（ａ）〜（ｇ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示した図である。
本発明は、多層プリント配線板の複数箇所に半導体素子と受動部品とを組み合わせた複数の半導体装置を作成して、これを個片化して半導体装置を製造する方法であり、まず、表面と裏面および内層に所定のプリント配線が施された多層プリント配線板１０が用意される（図１（ａ））。ただし、図１では、一部の半導体装置だけを図示するものである。
次に、多層プリント配線板１０の所定の配線位置に受動部品であるチップ部品１１をセットして、はんだ印刷・リフロー法にて接続固定する（図１（ｂ））。
次に、両面配線板用の取り付け部１２、および半導体素子の取り付け部１３に接続用フィルム１４を貼り付ける（図１（ｃ））。なお、両面配線板用の取り付け部１２の多層プリント配線板１０にはスルホール（図示せず）が形成されており、多層プリント配線板１０の表面と裏面および内層との間が電気接続可能に構成されている。
次に、下面にバンプが形成されている第１の半導体素子１５ａ（フリップチップ）を半導体素子の取り付け部１３の接続用フィルム１４上に位置合わせをして仮置きし、更に、半導体素子１５やチップ部品１１を収めるキャビティ部１６が形成された両面配線板１７を接続用フィルム１４上に仮貼り付けする（図１（ｄ））。この両面配線板１７は多層プリント配線板１０と同じ大きさであって、キャビティ部１６は半導体素子１５やチップ部品１１を囲う空洞である。なお、半導体装置１５は、第１の半導体装置１５ａと第２の半導体装置１５ｂによって構成されるものである。
また、両面配線板１７の両面配線板用の取り付け部１２に対向する両面に配線１７ａ、１７ｂが施されており、また、配線１７ａと１７ｂの間にはスルホール（図示せず）が形成されている。これにより、多層プリント配線板１０と両面配線板１７とが電気接続可能に構成されている。この両面配線板１７の高さを決める際には、半導体素子１５やチップ部品１１を収納するための高さを有するキャビティ部１６のものを選択すれば良く、これにより半導体素子１５やチップ部品１１の高さ変更にも容易に対処することが出来る。
そして、図１（ｄ）で仮置きした第１の半導体素子１５ａと仮貼り付けした両面配線板１７に対し等方性プレスにより一括して加圧・加熱処理を施し、多層プリント配線板１０への接続を行う（図１（ｅ））。
次に、第１の半導体素子１５ａの上に第２の半導体素子１５ｂをマウントし、更に、第２の半導体素子１５ｂの端子と多層プリント配線板１０の接続端子部との間がワイヤボンディングによって配線接続される。また、キャビティ部１６内に収められた半導体素子１５とチップ部品１１をエポキシ樹脂１８などで樹脂封止し、多層プリント配線板１０の底面の配線部１９にはんだバンプ２０を施す（図１（ｆ））。
最後に、所定のサイズの半導体装置を形成するために、ダイサーやルーターなどと呼ばれる切削機で１つずつの個片に切断して半導体装置を製造する（図１（ｇ））。
図２は、図１（ａ）〜（ｇ）の工程で製造した半導体装置３０を３段積層してマスタ基板上に接続した三次元半導体装置の構成を示す図である。各半導体装置３０ａ〜３０ｃの間は、はんだバンプ２０を介して電気接続されている。
図３（ａ）〜（ｇ）は、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示した図である。この第２の実施形態では、半導体素子１５を多層プリント配線板１０に実装する方法が第１の実施形態と異なっている。
即ち、第１の実施形態では、半導体素子１５を接続用フィルム１４を介して接続する構造であったが、この第２の実施形態でははんだバンプ５０によって接続する構造となっている。したがって、図１（ｃ）に対応する図３（ｃ）では、半導体素子１５が搭載される接続部１３ａには接続用フィルムが貼り付けされていない点が異なっている。そして、図３（ｄ）では、所定の位置にセットした金属製パンプ付きの第１の半導体素子１５ａと仮貼り付けした両面配線板１７に対し等方性プレスにより一括して加圧・加熱処理を施し、多層プリント配線板１０への接続を行う。その他の工程は、図１の対応する各工程と同様なので、その説明は省略する。
図４は、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法によって得られた半導体装置６０を２段積層した３次元半導体装置の構成を示す図である。
即ち、この第３の実施形態では、各多層プリント配線板６１の両面に半導体素子１５やチップ部品１１を搭載し、その両面にキャビティ付の両面配線板６２ａ、６２ｂ、６３ａ、６３ｂを接続した構成である。なお、この時の両面配線板６２ａ、６２ｂ、６３ａ、６３ｂおよび半導体素子１５は一括して加圧・加熱が施されて多層プリント配線板１０に接続する方法が採用されている。
本発明の半導体装置の製造方法によれば、半導体素子やチップ部品の厚みが厚くなってもキャビティ部が形成された両面配線板によって対処することができ、半導体装置の外形を大きくする必要がない。しかも、半導体素子および両面配線板を一括して加圧・加熱して多層プリント配線板に接続することができるため、生産性に優れている。また、チップ部品ははんだ印刷法によって接続実装できるので生産性に優れている。更に、基板上に実装された半導体素子やチップ部品を樹脂封止するための特別な金型も必要としない等の効果を有する。
本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示した図。 第１の実施形態の製造工程で製造した半導体装置を３段積層してマスタ基板上に接続した三次元半導体装置の構成を示す図。 本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示した図。 本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法によって得られた３次元半導体装置の構成を示す図。
符号の説明
１０‥多層プリント配線板
１１‥チップ部品（受動部品）
１３‥半導体素子の取り付け部
１４‥両面配線板の取り付け部
１５（１５ａ、１５ｂ）‥半導体素子
１６‥キャビティ部
１７‥両面配線板
１８‥エポキシ樹脂
１９‥接続部
２０、５０‥はんだバンプ

Claims (4)

  1. 多層プリント配線板の少なくとも片面の複数箇所に半導体素子と受動部品とを組み合わせた複数の半導体装置を作成して、これを個片化して半導体装置を製造する方法であって、
    前記多層プリント配線板の前記複数箇所に前記受動部品を接続する工程と、
    前記多層プリント配線板の前記複数箇所の半導体素子取り付け部および両面配線板取り付け部に接続用フィルムを貼り付ける工程と、
    前記半導体素子取り付け部に第１半導体素子を仮置きし、前記第１半導体素子および前記受動部品に対応して複数箇所にキャビティ部が形成された両面配線板を前記両面配線板取り付け部に仮貼り付けする工程と、
    前記第１半導体素子および前記両面配線板を一括して加圧・加熱して前記多層プリント配線板に接続する工程と、
    前記第１半導体素子の上に第２半導体素子をマウントして前記半導体素子を構成し、前記半導体素子と前記多層プリント配線板上の接続端子部との間をワイヤボンディング接続した後に、前記キャビティ部を樹脂封止する工程と、
    前記樹脂封止された前記半導体装置毎に接続用はんだバンプを形成した後に、前記個片化する工程と
    を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 請求項１の製造方法によって製造され、前記多層プリント配線板の両面に前記半導体素子、前記受動部品、および前記キャビティ部が形成された前記両面配線板が接続された半導体装置が複数積層されて構成される三次元半導体装置。
  3. 多層プリント配線板の少なくとも片面の複数箇所に半導体素子と受動部品とを組み合わせた複数の半導体装置を作成して、これを個片化して半導体装置を製造する方法であって、
    前記多層プリント配線板の前記複数箇所に前記受動部品を接続する工程と、
    前記多層プリント配線板の前記複数箇所内の両面配線板取り付け部に接続用フィルムを貼り付ける工程と、
    前記複数箇所内の半導体素子取り付け部に金属製パンプ付きの第１半導体素子を仮置きし、前記第１半導体素子および前記受動部品に対応して複数箇所にキャビティ部が形成された両面配線板を前記両面配線板取り付け部に仮貼り付けする工程と、
    前記第１半導体素子および前記両面配線板を一括して加圧・加熱して前記多層プリント配線板に接続する工程と、
    前記第１半導体素子の上に第２半導体素子をマウントして前記半導体素子を構成し、前記半導体素子と前記多層プリント配線板上の接続端子部との間をワイヤボンディング接続した後に、前記キャビティ部を樹脂封止する工程と、
    前記樹脂封止された前記半導体装置毎に接続用はんだバンプを形成した後に、前記個片化する工程と
    を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  4. 請求項３の製造方法によって製造され、前記多層プリント配線板の両面に前記半導体素子、前記受動部品、および前記キャビティ部が形成された前記両面配線板が接続された半導体装置が複数積層されて構成される三次元半導体装置。
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