JPS59194460A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は半導体集積回路の実装、特に立体的な実装形態
に関するものである。

従来例の構成とその問題点 半導体集積回路の高密度実装に関しては、従来から平面
的にその実装密度を上げる方法がとられて来たが、それ
も限度があるため、近年三次元実装への展開が考えられ
るようになって来た。以下、従来例を第１図及び第２図
に沿って説明する。

第１図において、１は基板、２は導体配線、３゜３′は
半導体素子、４は上下の導体配線を接続するための第１
のスタッド、５は熱可塑性樹脂、６は第１の蒸着導体配
線、７は第２のスタッド、８は半導体素子、９は第２の
熱可塑性樹脂、１ｏは第２の蒸着導体配線である。第１
図の構造について説明するため、以下にその製造法を記
す。！ず、アルミナ等の絶縁基板１上に厚膜法で導体配
線２を形成する。次に所定の位置に半導体素子３，３′
及び第１のスタッド４を接着固定する。スタッド４は上
下の導体配線を接続するためのもので、金属や低抵抗の
半導体を用いる。ついで上面よ多熱可塑性樹脂シート５
を加熱圧接した後スタンド上及び半導体素子の電極上に
コンタクトホールを形成する。最後にＣｒ−ＯＨ等を蒸
着し、導体配線６を形成して第１層の実装が終了する。

さらに、この上に第１層と同じ工程を繰り返して第２層
が、さらに同様にして第３層、第４層を形成する。

次に、第２の従来例を第２図に沿って説明する。

第２図において、１１は基板、１２は第１の枠体、１３
は半導体素子、１４は第１の絶縁シート、１５は第１の
蒸着導体配線、１６は接着剤、１７は第２の枠体、１８
は半導体素子、１９は第２の絶縁シート、２ｏは第２の
蒸着導体配線である。第２図の構造について説明するた
めに、以下にその製造法を記す。まず、薄板の所定部に
半導体素子挿入用の穴が設けられた枠体１２を準備する
。その枠体１２の一主面に貫通孔を有する絶縁シート１
４が接着され、さらに前記貫通孔に半導体素子の電極を
一致させて絶縁シート１４に接着する。ついで、蒸着導
体配線１５を形成して第一の実装構造体ができる。同様
の工程で作られた第二の実装構造体を前記第一の実装構
造体に重さねて接着する。

このようにして得られた構造体において蒸着導体配線同
志を何らかの方法で接続しようとするものである。

以上の２例はいずれも半導体素子を搭載した基板を重さ
ねるか、もしくは同様の構造にしたものである。特に第
１の従来例では次々に半導体素子の単位で重さねて行く
ことになるが、半導体素子の状態では充分なる動作テス
トができないため、総合歩留りは極めて低いものとなる
。例えば、半導体素子歩留シが９５Ｌ％のものを１０素
子この方法で搭載した時、最終歩留シは６０％になり実
用的とは言えない。

一方、第２の例は第１の構造体として検査できるが、第
１の構造体を作るに際して第１の従来例と同じ問題が残
る上、第１．第２の構造体を接続する方策がない。いず
れも半導体素子は単体で扱われるため実装の高密度化の
点から言えば、不充分な技術であり、今後の本格的な三
次元実装のためには半導体素子状態で積み重さねて行く
方策が必要とされる。

発明の目的 本発明はかかる従来の問題に鑑み、単一の半導体素子の
レベルで充分機能検査することが可能であシ、かつ半導
体素子そのものを立体的に積層した従来に例のない構造
体を提供することを目的とする。

発明の構成 本発明は端面方向に電極端子が形成された半導体素子を
複数個積層し、前記電極端子間を接続することにより従
来得られなかった三次元高密度実装を可能とするもので
ある。

実施例の説明 以下に本発明の構造体に関する実施例、端面方向に電極
端子が形成された半導体素子の構成例、積層された構造
体の電極相互接続の構成例、及び代表的な製造法の一例
を述べる。

第３図、第４図で本発明による構造体の実施例を説明す
る。複数の半導体素子３０の端面に低融点金属で電極端
子３１が設けられ、前記半導体素子３０は互いに重さね
合わされ１個の回路ブロック３２を形成している。前記
半導体素子３ｏの重さね合わされる数は、６〜１００枚
程度（第３図では５枚）であって重さね合わせ後の全体
の厚み、および重量を軽減させるだめに各々の半導体素
子の厚さは１００μｍ前後に研磨される。重さね合わさ
れた半導体素子３０の全体の形状は丁度キャラメル状の
四角形をしており、半導体素子３ｏの西端面の同一面上
に各々の電極端子３１が複数個形成されている。前記複
数の半導体素子の電極端子３１間をつなぐ接続体は例え
ばフレキシブルフィルム３３上に半導体素子３０の四端
面に形成された各々の電極端子３１と対応する位置に電
極領域３４が形成されている。前記電極領域３４はフレ
キシブルフィルム３３上の金属膜を蝕刻して形成された
パターンより成シ、電極領域３４間を相互に電気的に配
線接続した構造となっている。更に、前記電極領域３４
は前記フレキシブルフィルム３３を貫通し、スルーホー
ルでもって形成してもよい。この場合前記スルーホール
は前記各々の半導体素子の電極端子３１が位置するか、
もしくは嵌合するよう形成する。

フンキンプルフィルム３３の全体形状は第４図に示す形
状−で、前記重さね合せた半導体素子３０全体ヲ包含シ
、カつ、フレキシブルフィルム３３上に設けた電極領域
３４と合致するものである。

外部基板と接続するためのコート端子３５は半導体素子
３０の電極端子が形成されていない面、即ち、半導体素
子の主面又は裏面に対する面より導出される。この場合
は導出すべき部分に電極となる突起もしくはピン状端子
３５を設けて相手の外部基板との接続を容易ならしめる
もので良い。更に又重さね合わせた半導体素子間の接続
をするだめの部材としてとれまで、フレキシブルフィル
ムの例で述べてきたが、特にこれにこだわるものではな
い。例えば、厚い配線基板もしくはセラミック基板に、
前記した重さね合わせた半導体素子の電極端子と対応す
る電極領域と相互配線を施ぜば良い。前記フレキシブル
フィルム３３で半導体素子を包含し電極同志を接続した
後、第４図に示す枠体３６に挿入し機械的保護を行なわ
しめる構成でもよい。

次に本発明の構造体に使用する半導体素子の構成例につ
いて述べる。

〈半導体素子　例１〉 第５図に示した実施例は、耐熱性樹脂６０上に電極端子
６１が形成され、その電極端子の突出した一端に半導体
素子６２の突起電極６３を接合するＴａｐｅ　Ａｕｔｏ
ｍａｔｅｄ　Ｂｏｎｄｉｎｇ　（以下ＴＡＢと称す）を
使用したものである。通常ＴＡＢ方式ではボンディング
後、半導体素子６２あるいは耐熱性樹脂６０より電極端
子６１がつき出だ状態に切断し、外部基板に接合される
が、本例では半導体素子６２の周辺に耐熱性樹脂部を残
しかつ耐熱性樹脂部６０で切断することにより電極端子
６１の切断部が端面に出て、なおかつ重さね合わせたと
き電極端子の短絡が耐熱性樹脂６０により防止できるも
のである。第６図は第５図の半導体素子を平面的に見た
ものである。第５図と同一箇所には同一番号を付した。

以下筒１１図１で同様に同一番号を付した。

く半導体素子　例２） 第７図の例は電極端子６１から延在した電極端子６１Ａ
が耐熱性樹脂６ｏに設けられたスルーホール導体により
形成される構成である。スルーホール部を切断すること
によシ第７図の構造が得られる。

〈半導体床７　例３〉 第８図に示した実施例もＴＡＢ方式を用いたものである
が、電極端子６１が耐熱性樹脂６０の側面にまで折り曲
げられた構造である。電極端子６１Ｂの長さは端面に少
し曲がり込んだ程度で充分である。

〈半導体素子　例４〉 第９図に示しだ例は、半導体素子６２の側面に電極端子
６１が曲げられているが、半導体素子の側面は絶縁性樹
脂６４で保護されており、電極端子６１と半導体素子６
２の短絡を防止している。

この場合、金属１層のフィルムキャリヤを用いた　　　
　゛ＴＡＢＴＡＢ方式できる。

〈半導体素子　例６〉 第１０図の例は第９図と同じ構造となっているが、この
場合は電極端子６１が半導体素子６２の側面に接着剤６
６で絶縁を兼ねて接着されている。

本例では半導体素子の側面を予かしめ絶縁処理すること
なく、電極端子６１と半導体素子６２の短絡を防止する
ことができる。

く半導体素子　例６〉 第１１図の例は半導体素子６２の電極６３からの電極端
子６１が金属箔（例えばム／　、　Ｏｕ　、　Ａｕ）’
１層からなるテープキャリヤを用いた場合である。

この例では、外部への接続用に電極端子の一部が厚くな
っておシ、この部分は接着剤６５で半導体素子の側面に
接着される。電極端子の厚さは、半導体素子に接合する
領域で数１０μｍ、その他の部分は１００μｍ〜数１０
０μｍ程度が良い。

次に半導体素子の積層、電極相互接続の例について述べ
る。

〈積層構造　例１〉 第１２図、第１３図は前述した〈半導体素子例１〜６〉
即ち、端面方向に電極端子９３を形成した半導体素子９
１を複数個積層した構造を示す断面略図である。即ち、
その端面方向に電極端子９３を有する半導体素子９１は
基板９６上にスペーサー９４を介して絶縁性樹脂材料°
９５により接着・積層される。最後に蓋体９７が接着さ
れて第１４図の形となるが、全体として立方体形状にな
る。

また、その時、立方体に積層された構造体の形状は第１
４図に側面図を示す如く、絶縁性樹脂材料９５及び耐熱
性樹脂９２に囲まれて、電極端子９３の端断面部が整列
配置した状態で露出した構造が得られる。

次に、電極端子端部の処理の例について第１５図、第１
６図に沿って説明する。

第１４図の如く、四囲の各辺に電極端子９３の端断面が
露出している半導体素子積層ブロックを、溶融半田槽に
短時間浸漬することに依り、電極材９３の端断面部位に
は半田金属が結着する。即ち第１６図に示す如く厚さ数
１０μｍ〜数１００μｍの所謂半田バンプ９８が、すべ
ての電極端子９３部分に形成された半導体素子積層ブロ
ックができる。

また他の構造として、上述のバンプ電極がメッキ法によ
シ形成された構造のものでもよい。即ち半導体素子積層
ブロックの電極端子９３露出部位に対し、電気伝導度の
秀れた金属材料を選択的にメッキ処理を施こすことによ
り、前述の場合と同様に、同部位にはメッキによるバン
プ電極９８が構成され、第１５図の如くその周辺部に電
極バンプを有する半導体積層ブロックが構成される。

また、第１４図の如く積層された構造体の樹脂部をエツ
チング（例えば酸素プラズマエツチング）し、端部の樹
脂部を選択的に数１０μｍ〜数１００μｍ削りとること
によシ、第１６図の如く電極端子を突出させることがで
きる。

次に電極相互接続の例について述べる。

く電極相互接続　例１〉 本例は第１７図の如く、半導体素子積層ブロックの四囲
の各辺、即ち電極端子９３の端断面が露呈している各面
に対し、電気伝導度の良い金属材料を蒸着或はメッキ処
理等により、数μｍ〜数１０μｍの厚みで形成し、しか
る後ホトプロセスに依シ、積層形成した半導体素子群の
電極端子９３間　−を相互に結合する配線ノ（ターン９
９を形成した構造のものである。

く電極相互接続　例２〉 本例は積層した半導体素子群それぞれの端断面が露呈し
ている電極端子９３に対し、電極端子９３相互間を電気
的に接続する場合に、第１８図の如くワイヤーボンデン
グ法に依り、電極端子９３間をＡｕ或はＡｌ細線１００
に依シ結線したものである。

また相互に結線した電極或は単独の電極と外部枠体の電
極（図示せず）との結合は、同図の如く半導体素子の積
層ブロック形成時に電極端子専用層１０１を同時に積層
し、同専用層が形成する電極金属の端断面部位１０２を
用いて接続する。

以上述べた如く積層した場合、熱放散が問題となる。こ
の問題を解決するために積層構造の中間に放熱板を挿入
する構造を第１９図に示した。

本例第１９図は消費電力の大きい半導体素子を積層形成
して構成する半導体素子群の放熱性の向上を図った構造
である。

即ち半導体素子を積層形成するに当り、第１９図の斜視
図の如く、数層間隔で半導体素子の裏面部位に金属薄板
或は熱伝導性の良好な材料からなる放熱薄板１０３を同
時に積層した構造であり、同放熱用薄板は第１９図の様
にその一方が積層ブロックの外部まで延長しており、同
延長部位に放熱効果を有した構造のものである。

次に本発明の製造方法例について述べる。

く製造方法例　１〉 第２０図は概略を示す断面図であるが、必要な場合、同
様の方法により四面同時に行なうこともできる。

重さね合わせた半導体素子３０の電極端子３１とフレキ
シブルフ・イルム３３の電極領域３４を位置合せし、四
端面よシ３８の方向に加熱加圧する。

これにより、半導体素子３ｏの電極材料である低融点金
属は溶解し、機械的及び電気的に接続が完了する。この
場合、外部基板と接するだめの外部端子は予かしめ前記
フレキシブルフィルムの面に半田バンプ又はピン（第３
図３５）を設けておいても良いし、前記半導体素子の四
端面の電極端子とフレキシブルフィルムとの接続が終了
した時点で形成しても良い。更に又、第２１図の様に相
互配線が終了したものを枠体３６に挿入し、フレキシブ
ルフィルム３３の底面に設けた電極領域３９゜枠体３６
の底面の電極領域４０を加熱し、結合させてもよい。枠
体３６には外部基板と接続させるだめのピン３５が形成
されている。この様な構成であれば機械的に安定な半導
体装置ができ、取扱いが容易である。

〈製造方法例　２〉 第２２図に示す如く、枠体３６に前記フレキシブルフィ
ルム３３を挿入し、次いで重さね合わせた半導体素子を
挿入しく第２２図ｂ）、枠体３６全体を加熱すれば、半
導体素子の電極端子とフレキシブルフィルム上の電極領
域の低融点金属は溶融し７、半導体素子端面に形成した
電極端子３０とフレキ／プルフィルム３．３の電極領域
３１とが接続される。この様な製造方法においては枠体
３６ヲ用いて枠体３６の中にフレキシブルフィルム３３
と重さね合わせた半導体素子３０とを挿入し、一度に熱
処理するために、工程が簡単で個々の電極同志の位置合
せが容易となる。

く製造方法例　３〉 第２３図に示した様に、重さね合わせた半導体素子の電
極端子間を接続するため、相互配線体を多層配線基板４
１（例えば、エポキシ、ガラス。

セラミック等）上に形成したものを用いる。即ち、前記
基板上に予かしめ半導体素子３ｏの電極端子３１間を接
続する電極領域４２と電極領域間の相互配線（第２３図
では省略）とを形成しておくのである。この多層配線基
板４１を積層した半導体素子３０の各端面毎に各々位置
合わせを行ない加熱する方法であるにの場合、前記各端
面に取付け゛られだ多層配線基板間の接続は前記多層配
線体の端部に設けた電極領域５０を用いて実施する。

く製造方法例　４〉 更に改良された方法として第２４図に示す如く多層配線
基板４１で予かしめ四角の枠体を形成し、半導体素子端
面の電極端子と接する電極領域が内側になる様にしてお
き（第２４図ａ）、重さね合わせた半導体素子３０を挿
入し、加熱すれば半導体素子の電極端子と多層配線基板
電極領域との接続が著しく容易にできるものである。（
第２４図ｂ） 発明の効果 本発明の場合、１００μｍの半導体素子を互いに重さね
合わせ、積層構造にし、前記半導体素子の端面方向に電
極端子を導出するとともに、前記端面領域で前記電極端
子間の相互の配線接続を実施している。

このために■単位体積当りの実装半導体素子が多く、高
密度実装が行なえる構造である。例えば半導体素子の厚
さを１００μｍとして、２０個の半導体素子を積層にし
てもわずか２ｍｍの厚さで各半導体素子の層間の貼りつ
け用樹脂を考慮してもたかだか２．５間の厚さと非常に
薄くかつ、高密度に実装できるものである。

■壕だ、゛各半導体素子の電極端子が端面方向に導出さ
れ、端面領域内で相互に接続されるから、配線長が著し
く短かい。例えば前述した例の如く２０個の半導体素子
を積層にした場合でもわずか２゜５ｍｍの配線長で処理
できるため配線抵抗が小さく、メモリーＩＣ＋あるいは
高周波ＩＣ等の高速化をさまたげる事がない。

■本発明の場合、半導体素子からの電極端子が端面方向
に導出されこれを重さね合わせた構造であるから、不必
要な支持体等が全くない。このだめ半導体装置全体を軽
くする事ができる。

■又、本発明は半導体素子を重さね合わせ積層する構造
であるから、従来の如く平面に並べる方式に比べ、著し
く小面積である。

■すでに述べた如く、半導体素子の電極端子を形成する
段階において例えばフィルムキャリヤのリード端子に半
導体素子をインナーリード接続ししかるのちフィルム上
でファンアウトしたリード端子の部分で電気的にあらか
じめ、測定検査することができる。したがって前記半導
体素子を積層する段階においては、完全に検査された良
品のみを用いることができ、従来の如く単にウェハーの
段階で検査を施した半導体素子に比べ半導体装置として
の歩留りが著しく高いも・のである。

【図面の簡単な説明】

芯 第１．第２図は半導体素子を搭載した基板を重さね合わ
せた従来の構造断面図、第３図は本発明の一実施例の半
導体装置の概略構造図、第４図ば；フレキシブ、ηイ／
ｌ／Ａ、！：枠体の概略図、鎖管＾２本発明の製造法例
を示す図である。 ３０・・・・・・半導体素子、３１・・・・・・電極端
子、３３・・・・・・フレキシブルフィルム、３５・・
・・・ピン、３６・・・・・・枠体、４１・・・・・・
多層基板、４２・・・・・・電極、６０・・・・・・耐
熱性樹脂、６１・・・・・・電極端子、６２・・・・・
・半導体素子、６３・・・・・・突起電極、６６・・・
・・接着剤、９１・・・・・・半導体素子、９２・・・
・・・耐熱性樹脂、９３・・・・・・電極端子、９４・
・・・・・スペーサー、９６・川・・絶縁性樹脂材料、
９６・・・・・・基板、９Ｂ・・・・・・端面の電極、
９９・・・・・・相互接続配線、１００・・・・・・金
属細線、１０３・・・・・・放熱板。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第６
図 Ｘ２ 第７図 ０ 第８図 第９図 ４− 第１０図 乙５ 第１１図 第１３図 第１４図 ７ ６ 第１５図 第１６図 第１９図 第２０図 第２３図 第２４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）端面に電極端子の形成された半導体素子が複数個
   積層され、かつ前記素子の端面領域で前記電極端子間の
   接続配線を形成したことを特徴とする半導体装置。 （２）　　積層された半導体素子群の端面の電極端子間
   が金属細線で接続されたことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の半導体装置。 （３）積層された半導体素子群の端面の電極端子間が蒸
   着配線で接続されてなる特許請求の範囲第１項記載の半
   導体装置。 （４）少なくとも表面が絶縁物質よりなる枠体の一主面
   上で電極端子の一端が前記枠体の内方向に突出し、かつ
   前記突出した電極端子と半導体素子上の電極が接合され
   、かつ前記電極端子の他端が前記枠体の周縁を越えて前
   記枠体の側壁に接着固定された構造体を積層してなる特
   許請求の範囲第１項記載の半導体装置。 （６）半導体素子上の電極にその一端が接合されている
   電極端子ル他端が、前記半導体素子の周縁を越えて側面
   に折り曲げられ、前記側面部で接着・固定された構造体
   を積層してなる特許請求の範囲第１項記載の半導体装置
   。 （６）端面に電極端子の形成された半導体素子が複数個
   積層され、かつ前記半導体素子群の端面電極端子と一致
   した電極部分を有する導体配線の形成された配線基板に
   よシ前記半導体素子の所定の端面電極端子が相互配線さ
   れたことを特徴とする半導体装置。 （７）配線基板が多層の絶縁性基板であることを特徴と
   する特許請求の範囲第６項記載の半導体装置。 （８）配線基板がフレキシブルフィルムであることを特
   徴とする特許請求の範囲第６項記載の半導体装置。