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JP2008034762A - 回路装置 - Google Patents

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JP2008034762A JP2006209291A JP2006209291A JP2008034762A JP 2008034762 A JP2008034762 A JP 2008034762A JP 2006209291 A JP2006209291 A JP 2006209291A JP 2006209291 A JP2006209291 A JP 2006209291A JP 2008034762 A JP2008034762 A JP 2008034762A
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泰浩 小原
Ryosuke Usui
良輔 臼井
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Sanyo Electric Co Ltd
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Abstract

【課題】マルチチップモジュール構造の回路装置を低背化する。
【解決手段】半導体装置10は、第1の基板20、第1の半導体素子30、第1の封止樹脂40ならびに第2の半導体素子110および受動素子120がパッケージ化された半導体パッケージ100を備える。半導体パッケージ100の上面、側面および第1の半導体素子30の上面に沿ってフレキシブル基板200が設けられている。配線層220aと電極パッド105とがはんだボール106を介してはんだ接合さている。配線層220bは、ビア222により配線層220aと電気的に接続している。配線層220bに設けられた電極パッド224と、電極パッド26bとが金線などのワイヤ227により電気的に接続されている。
【選択図】図1

Description

本発明は、回路装置に関する。より具体的には、本発明は、回路素子を複数搭載する回路装置に関する。
携帯電話、PDA、DVC、DSCといったポータブルエレクトロニクス機器の高機能化が加速するなか、こうした製品が市場で受け入れられるためには小型・軽量化が必須となっており、その実現のために高集積のシステムLSIが求められている。一方、これらのエレクトロニクス機器に対しては、より使い易く便利なものが求められており、機器に使用されるLSIに対し、高機能化、高性能化が要求されている。このため、LSIチップの高集積化にともないそのI/O数が増大する一方でパッケージ自体の小型化要求も強く、これらを両立させるために、半導体部品の高密度な基板実装に適合した半導体パッケージの開発が強く求められている。こうした要求に対応するため、CSP(Chip Size Package)と呼ばれるパッケージ技術が種々開発されている。
たとえば、特許文献1は、基板の上に搭載された半導体チップの上に、別の半導体チップがパッケージ化された半導体パッケージがさらに搭載されたマルチチップモジュール構造の回路装置が開示されている(特許文献1の図2参照)。
特開2005−209882号公報
特許文献1の回路装置では、半導体パッケージに設けられた電極と基板に設けられた電極との接続がワイヤによってなされているため、ワイヤの折り返しに必要な厚さ分が回路装置の厚さを厚くせざるを得ない。このため、回路装置の低背化または小型化に制約が生じていた。
本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、マルチチップモジュール構造を有する回路装置の低背化が可能な技術の提供にある。
本発明のある態様は、回路装置である。当該回路装置は、第1の基板と、第1の基板に実装された第1の回路素子と、第2の基板と、第2の基板に実装された第2の回路素子を含み、第1の回路素子の上に第2の基板を上に向けて搭載された回路パッケージと、第2の基板に設けられた電極と電気的に接続され、回路パッケージの上面および側面に沿って設けられた配線と、を備え、第2の基板に設けられた電極と第1の基板の上に設けられた電極との電気的な接続が、配線を経由していることを特徴とする。上記態様において、配線がフレキシブル基板の一部であってもよく、配線がリードフレームであってもよい。
本発明の他の態様は、回路装置である。当該回路装置は、第1の基板と、第1の基板に実装された第1の回路素子と、第2の基板と、第2の基板に実装された第2の回路素子を含み、第1の回路素子の上に第2の基板を上に向けて搭載された回路パッケージと、第2の基板の側面において、第2の基板を構成する配線層と電気的に接続し、回路パッケージの側面に沿って設けられた配線と、を備え、第2の基板に設けられた電極と第1の基板の上に設けられた電極との電気的な接続が、配線を経由していることを特徴とする。
上記のいずれの態様においても、ワイヤボンディングの位置が回路パッケージ表面より低い位置にあるので、回路パッケージの上方にワイヤを折り返すためのスペースを確保する必要が無くなる。これにより、回路装置の低背化または薄型化が可能になる。
本発明のさらに他の態様は、回路装置である。当該回路装置は、第1の基板と、第1の基板に実装された第1の回路素子と、第2の基板と、第2の基板に実装された第2の回路素子を含み、第1の回路素子の上に第2の基板を上に向けて搭載された回路パッケージと、第2の基板の側面において、第2の基板を構成する配線層と電気的に接続され、かつ、回路パッケージの側面に沿って設けられ、第1の基板の上に設けられた電極と直に接続された配線と、を備えることを特徴とする。
上記の態様においては、ワイヤボンディングを用いることなく、回路パッケージと第1の基板との電気的な接続することができるので、回路パッケージの上方にワイヤを折り返すためのスペースを確保する必要がなくなる。これにより、回路装置の低背化または薄型化が可能になる。また、回路素子における全体的なワイヤボンディング長を短くすることができるので、回路装置の電気特性の改善、信頼性の向上を図ることができる。
本発明によれば、マルチチップモジュール構造の回路装置を低背化することができる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
(実施の形態1)
図1は、実施の形態1に係る半導体装置10の構造を示す断面図である。半導体装置10は、複数の半導体素子が積層されてパッケージ化された構造のマルチチップモジュールの一種である。具体的には、半導体装置10は、第1の基板20、第1の半導体素子30、第1の封止樹脂40ならびに第2の半導体素子110および受動素子120がパッケージ化された半導体パッケージ100を備える。
第1の基板20は、配線層21aおよび配線層21bが層間絶縁膜22を介して積層された二層配線構造を有する。
配線層21aと配線層21bとは、層間絶縁膜22を貫通する孔の側壁に設けられた導体金属23を介して電気的に接続されている。
第1の基板20の下面側には、配線層21aの所定箇所に複数の電極パッド24がアレイ状に設けられている。各電極パッド24にはんだボール27が接合されている。第1の基板20の下面のうち、電極パッド24の隙間部分に耐熱性のソルダーレジスト25aが設けられている。ソルダーレジスト25aによって、配線や電極パッドが損傷を受けないように保護される。
一方、第1の基板20の上面側には、配線層21bの所定箇所に複数の電極パッド26aおよび電極パッド26bが設けられている。電極パッド26aおよび電極パッド26bは、それぞれ後述する第1の半導体素子30および半導体パッケージ100とのワイヤボンディングに利用される。第1の基板20の上面のうち、電極パッド26a,26bの隙間部分に耐熱性のソルダーレジスト25bが設けられている。ソルダーレジスト25bによって、配線や電極パッドが損傷を受けないように保護される。
第1の半導体素子30は、IC(集積回路)、LSI(大規模集積回路)などの能動素子である。第1の半導体素子30は、接着層131を介して、第1の基板20の上面に実装されている。第1の半導体素子30の上面の周縁部には、電極パッド31が設けられており、電極パッド31と電極パッド26aとが金線などのワイヤ33により電気的に接続されている。
第1の半導体素子30の上に積層された半導体パッケージ100の構造について、図2を用いて説明する。なお、図2では、半導体パッケージ100の上下方向が図1と逆になっている。図2に示すように、半導体パッケージ100は、第2の基板102の上に第2の半導体素子110および受動素子120が第2の封止樹脂130により予めパッケージ化された構造を有する。
第2の基板102は、支持基板を有しないため薄型であり、かつ半導体素子等を高密度実装することができる。このような構造は、出願人が開発したISB(登録商標)として実現されており、その詳細は、特開2002−110717号公報などに詳述されている。ただし、第2の基板102は、配線層103と絶縁層として機能するソルダーレジスト116からなる単層構造となっている。第2の基板102を単層構造とすることにより、薄型化および放熱性の向上を図ることができる。
配線層103の所定位置に電極パッド108が設けられている。第2の基板102の上面に接着層を介して第2の半導体素子110が実装されている。第2の半導体素子110は、IC(集積回路)、LSI(大規模集積回路)などの能動素子である。第2の半導体素子110の上面に設けられた電極パッド112と電極パッド108とが金線などのワイヤ114により電気的に接続されている。
また、第2の基板102の上面に、はんだや導電性ペースト122を介して受動素子120が実装されている。ここで、受動素子120とは、抵抗、コンデンサ、コイルなどである。
第2の基板102の上面に設けられた第2の半導体素子110および受動素子120は、第2の封止樹脂130によって封止されている。
第2の基板102の下面側は、配線層103と耐熱性のソルダーレジスト116によって構成され、ソルダーレジスト116の所定箇所に複数の電極パッド105が配置される開口部が設けられている。
図1に戻り、図2に示した半導体パッケージ100の上面を下に向けた状態で、第1の半導体素子30の上に接着層34を介して半導体パッケージ100が搭載されている。
半導体パッケージ100の上面、側面および第1の半導体素子30の上面に沿ってフレキシブル基板200が設けられている。
フレキシブル基板200は、ポリイミドからなる絶縁層210を介して配線層220aおよび配線層220bを備えた二層構造を有する。配線層220aおよび配線層220bとは、絶縁層210を貫通するスルーホールに沿って設けられたビア222によって電気的に接続されている。フレキシブル基板200と半導体パッケージ100との隙間には、アンダーフィル107が充填されている。アンダーフィル107により、ボール106と配線層220aとの接合部分が保護される。
配線層220aは、半導体パッケージ100のはんだボール106と対応する位置に設けられており、配線層220aと電極パッド105とがはんだボール106を介してはんだ接合さている。また、第1の半導体素子30の上面に位置する配線層220bには、電極パッド224が設けられており、電極パッド224と電極パッド26bとが金線などのワイヤ227により電気的に接続されている。
なお、配線層220aと電極パッド105との接合方法は上記態様に限られない。たとえば、アンダーフィル107およびはんだボール106に代えて、異方性導電性フィルムを用いることにより、配線層220aと電極パッド105とを電気的に接合してもよい。
また、絶縁層210の材料として、アルミナをフィラーとして含有するエポキシ樹脂を用いることにより、第2の半導体素子110等で発生する熱を効率良く伝導させ、半導体装置10の放熱性を向上させることができる。
第1の基板20の上に搭載された第1の半導体素子30および半導体パッケージ100は第1の封止樹脂40により封止され、パッケージ化されている。
このように、半導体パッケージ100と第1の基板20の上の電極パッド26bとの電気的な接続の一部を、半導体パッケージ100の上面、側面および第1の半導体素子30の上面に沿って設けられたフレキシブル基板200を用いて実現することにより、半導体パッケージ100の上方にワイヤボンディング用の空間を確保する必要がなくなるため、半導体装置10をより低背化することができ、ひいては携帯機器等の小型化に寄与することができる。
また、半導体パッケージ100を半導体装置10に搭載する前に、半導体パッケージ100の動作試験を行うことにより、第2の半導体素子110および受動素子120を含む半導体パッケージ100の良否判定を行うことができる。このため、良品と判定された半導体パッケージ100のみを半導体装置10に搭載することにより、半導体装置10の歩留まりを向上させることができる。
(半導体装置の製造方法)
以下に、本実施の形態に係る半導体装置10の製造方法を参照して説明する。図3〜図11は、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。
まず、図3(a)に示すように、シート状の導電箔400を用意し、導電箔400の表面をフォトソルダーレジスト層402により被覆する。そして、図3(b)に示すように、ガラスをマスクとしてフォトソルダーレジスト層402をパターニングし、フォトソルダーレジスト層402の開口部分に、電界めっきや無電界めっきなどにより電極パッド24となる導電被膜404を形成する。導電被膜404の膜厚は、例えば0.5〜10μm程度とする。導電被膜404は、最終的に半導体装置10の下面電極となるので、はんだ等のロウ材との接着性の良い金、銀またはアルミニウムを用いて形成することが好ましい。続いて、電極パッド24の上に、電界めっきや無電界めっきなどにより銅などを用いて配線層21aを形成する。
次に、図4(a)に示すように、配線層21aおよびフォトソルダーレジスト層402の上に、例えばガラス繊維を含むエポキシ樹脂といった熱硬化性樹脂により導電被膜404を覆い、その熱硬化性樹脂を加熱硬化させて平坦な表面を有する層間絶縁膜22を形成する。そして、図4(b)に示すように、層間絶縁膜22に対して、配線層21aに到達する直径100μm程度のビアホール408を形成する。本実施の形態に係るビアホール408を形成する方法としては、炭酸ガスレーザ等のレーザ加工を用いているが、例えば、機械加工、薬液による化学エッチング加工、プラズマを用いたドライエッチング加工等を適宜用いてもよい。
次に、例えば過マンガン酸塩を主成分とする薬液を用いてビア底の樹脂残渣を除去し、図5(a)に示すように、層間絶縁膜22およびビアホール408の全面に、銅めっき層410を電界めっきや無電界めっきにより形成する。その後、フォトレジストをマスクとして銅めっき層410をエッチングし、図5(b)に示すように銅からなる配線層21bを形成する。
次に、図6(a)に示すように、フォトソルダーレジスト層412により配線層21bを覆い、フォトソルダーレジスト層412をパターニングし、図6(b)に示すように、フォトソルダーレジスト層412の開口部分に配線層21bと接する電極パッド26a,26bを電界めっきまたは無電界めっきなどにより形成する。ここまでの工程により、配線層21aおよび配線層21bが層間絶縁膜22を介して積層された多層構造の第1の基板20が作製される。その後、図7に示すように、第1の基板20から導電箔400を除去し、各電極パッド24にそれぞれはんだボール27を接合する。
本実施の形態に係る半導体装置10では、前述のように第1の半導体素子30の上に第2の半導体素子110を含む半導体パッケージ100を積層する。それに先立ち、図8(a)に示すように、半導体パッケージ100にフレキシブル基板200を接続する。そこで、第2の基板102の下面(図1においては上面)に設けられている電極パッド105に接合されたはんだボール106と、フレキシブル基板200の配線層220aとを溶着する。そして、図8(b)に示すように、第2の基板102とフレキシブル基板200との間の隙間にアンダーフィル107を充填し、電極パッド105とはんだボール106との接合部分を保護する。さらに、後述する工程においてフレキシブル基板200を半導体パッケージ100の側壁に接着させるために、絶縁層210に接着剤160を塗布する。
次に、図9(a)に示すように、第1の半導体素子30を第1の基板20の上面に接着層131を介して搭載し固定する。さらに、第1の半導体素子30の上面に、半導体パッケージ100を、そのフレキシブル基板200側を上に、第2の封止樹脂130側を下にした状態で、接着層34を介して搭載して固定する。
その状態で、半導体装置10を不図示の下型に載置し、下型と上型500とを型合わせする。上型500は、型合わせした際にフレキシブル基板200が半導体パッケージ100の側壁に沿って折り曲がるように型面が加工されている。そして、フレキシブル基板200は、更に第1の半導体素子30の上面にて屈曲される。その結果、図9(b)に示すように、フレキシブル基板200は、半導体パッケージ100の上面、側面および第1の半導体素子30の上面に沿って接着剤により固定される。
ここで、フレキシブル基板200の具体例について説明する。図10は、フレキシブル基板200の一具体例の構造を示す平面図である。フレキシブル基板200は、領域Mと、領域Mの四辺にそれぞれ配設された領域Nおよび領域Pからなる部分を有する。
領域Mは、図2に示した半導体パッケージ100の上面を被覆する部分である。領域Nは、半導体パッケージ100の側面を被覆する部分である。領域Pは、第1の半導体素子30の上面の半導体パッケージ100の周囲を部分的に被覆する部分である。
領域Mには、ビア222を介して配線層220aと接続する配線層220bが設けられている。配線層220bは、接地接続用の配線層225および電源接続用の配線層226を有する。領域Mにおいて、配線層225の面積は配線層226の面積に比べて大きくなっている。
配線層225および配線層226は、領域Nを経由して領域Pに達している。領域Pにおいて、配線層225および配線層226に、それぞれ電極パッド224が設けられている。
フレキシブル基板200を半導体パッケージ100の上に載置した状態で図9(b)に示した上型500を押圧すると、半導体パッケージ100の上面と側面との間の角部に沿って点線Aが山折りされるとともに、半導体パッケージ100の側面と第1の半導体素子30の上面との境界線に沿って点線Bが谷折りされる。
このように、接地接続用の配線層225で半導体パッケージ100を覆うことにより、半導体パッケージ100からのノイズを遮蔽することができる。本実施の形態では、半導体パッケージ100を被覆する配線層225の面積が配線層226の面積に比べて大きくなっているため、半導体パッケージ100からのノイズの遮蔽性を高めることができる。
図9(b)に続いて、第1の半導体素子30の上面の周縁部に設けられている電極パッド31と、第1の基板20の上面に設けられている電極パッド26aとを金線などのワイヤ33を用いてワイヤボンディング法により接続する。また、第1の半導体素子30の上面に位置するフレキシブル基板200の配線層22bに設けられている電極パッド224と、第1の基板20の上面に設けられている電極パッド26bとを金線などのワイヤ227を用いてワイヤボンディング法により接続する。
次に、半導体パッケージ100および第1の半導体素子30を封止するために、トランスファーモールド法を行う。具体的には、図11に示すように、上型510によって形成されたキャビティに第1の封止樹脂40を充填する。以上説明した工程により半導体装置10が製造される。
(実施の形態2)
図12は、実施の形態2に係る半導体装置10の構造を示す断面図である。実施の形態2の半導体装置10の基本的な構成は、実施の形態1と同様である。このため、実施の形態1と同様な構成については適宜説明を省略する。実施の形態2の半導体装置10では、リードフレーム300が、半導体パッケージ100の上面、側面および第1の半導体素子30の上面に沿って設けられている。リードフレーム300の一方の端部は、第2の基板102に設けられた電極パッド105と電気的に接続している。第1の半導体素子30の上面に位置するリードフレーム300の他方の端部に電極パッド224が設けられており、電極パッド224と電極パッド26bとが金線などのワイヤ227により電気的に接続されている。
この構成によれば、半導体パッケージ100の上方にワイヤボンディング用の空間を確保する必要がなくなるため、半導体装置10をより低背化することができ、かつ低コスト化を図ることができる。
(実施の形態3)
図13は、実施の形態3に係る半導体装置10の構造を示す断面図である。実施の形態4の半導体装置10の基本的な構成は、実施の形態1と同様である。このため、実施の形態1と同様な構成については適宜説明を省略する。実施の形態3の半導体装置10では、配線401が、半導体パッケージ100の側面および第1の半導体素子30の上面に沿って設けられている。配線401の一方の端部は、第2の基板102の側面において配線層103と電気的に接続している。第1の半導体素子30の上面に位置する配線401の他方の端部に電極パッド224が設けられており、電極パッド224と電極パッド26bとが金線などのワイヤ227により電気的に接続されている。
なお、配線層103の一部を第2の基板102の側面から突出させることにより、配線401を形成してもよい。
この構成によれば、半導体パッケージ100の上方に電気的な接続に必要な構成を確保する必要がなくなるため、半導体装置10をより一層低背化することができ、かつ低コスト化を図ることができる。
(実施の形態4)
図14は、実施の形態4に係る半導体装置10の構造を示す断面図である。実施の形態3の半導体装置10の基本的な構成は、実施の形態1と同様である。このため、実施の形態1と同様な構成については適宜説明を省略する。実施の形態4の半導体装置10の基本的な構成は、実施の形態1と同様である。このため、実施の形態1と同様な構成については適宜説明を省略する。実施の形態4の半導体装置10では、配線501によって、第2の基板102の配線層103と、第1の基板20の電極パッド26bとが直に電気的に接続されている。具体的には、配線501の一方の端部が第2の基板102の側面において配線層103と電気的に接続している。また、配線501の他方の端部がはんだ502を用いて第1の基板20の電極パッド26bと電気的に接続している。
なお、配線層103の一部を第2の基板102の側面から突出させることにより、配線501を形成してもよい。
この構成によれば、半導体パッケージ100の上方に電気的な接続に必要な構成を確保する必要がなくなるため、半導体装置10をより一層低背化することができ、かつ低コスト化を図ることができる。
本発明は、上述の各実施の形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうるものである。
実施の形態1に係る半導体装置の構造を示す断面図である。 半導体装置に搭載されている半導体パッケージの構造を示す断面図である。 実施の形態1に係る半導体装置の製造方法を示す工程図である。 実施の形態1に係る半導体装置の製造方法を示す工程図である。 実施の形態1に係る半導体装置の製造方法を示す工程図である。 実施の形態1に係る半導体装置の製造方法を示す工程図である。 実施の形態1に係る半導体装置の製造方法を示す工程図である。 実施の形態1に係る半導体装置の製造方法を示す工程図である。 実施の形態1に係る半導体装置の製造方法を示す工程図である。 フレキシブル基板の一具体例の構造を示す平面図である。 実施の形態1に係る半導体装置の製造方法を示す工程図である。 実施の形態2に係る半導体装置の構造を示す断面図である。 実施の形態3に係る半導体装置の構造を示す断面図である。 実施の形態4に係る半導体装置の構造を示す断面図である。
符号の説明
10 半導体装置、20 第1の基板、30 第1の半導体素子、40 第1の封止樹脂、100 半導体パッケージ、110 第2の半導体素子、120 受動素子、200 フレキシブル基板。

Claims (5)

  1. 第1の基板と、
    前記第1の基板に実装された第1の回路素子と、
    第2の基板と、前記第2の基板に実装された第2の回路素子を含み、前記第1の回路素子の上に前記第2の基板を上に向けて搭載された回路パッケージと、
    前記第2の基板に設けられた電極と電気的に接続され、前記回路パッケージの上面および側面に沿って設けられた配線と、
    を備え、
    前記第2の基板に設けられた電極と前記第1の基板の上に設けられた電極との電気的な接続が、前記配線を経由していることを特徴とする回路装置。
  2. 前記配線がフレキシブル基板の一部であることを特徴とする請求項1に記載の回路装置。
  3. 前記配線がリードフレームであることを特徴とする請求項1に記載の回路装置。
  4. 第1の基板と、
    前記第1の基板に実装された第1の回路素子と、
    第2の基板と、前記第2の基板に実装された第2の回路素子を含み、前記第1の回路素子の上に前記第2の基板を上に向けて搭載された回路パッケージと、
    前記第2の基板の側面において、前記第2の基板を構成する配線層と電気的に接続し、前記回路パッケージの側面に沿って設けられた配線と、
    を備え、
    前記第2の基板に設けられた電極と前記第1の基板の上に設けられた電極との電気的な接続が、前記配線を経由していることを特徴とする回路装置。
  5. 第1の基板と、
    前記第1の基板に実装された第1の回路素子と、
    第2の基板と、前記第2の基板に実装された第2の回路素子を含み、前記第1の回路素子の上に前記第2の基板を上に向けて搭載された回路パッケージと、
    前記第2の基板の側面において、前記第2の基板を構成する配線層と電気的に接続され、かつ、前記回路パッケージの側面に沿って設けられ、前記第1の基板の上に設けられた電極と直に接続された配線と、
    を備えることを特徴とする回路装置。
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