JP2001185675A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体装置の高さが高い。 【解決手段】 中央部に開口Ａを有する絶縁基板４の上
面に複数の半導体素子接続用パッド５ａが形成されて成
るとともに絶縁基板４の下面に半導体素子接続用パッド
５ａに電気的に接続された複数の外部接続用パッド５ｂ
が形成されて成る半導体素子搭載用基板１と、半導体素
子搭載用基板１の上面に開口Ａを覆い、かつ半導体素子
接続用パッド５ａにフリップチップ接続されるようにし
て搭載された第一半導体素子２と、開口Ａ内に第一半導
体素子２下面に搭載されて収容され、第一半導体素子２
に電気的に接続された第二半導体素子３とを具備する半
導体装置である。半導体装置の高さが半導体素子搭載用
基板１とこれに搭載された第一半導体素子２とを合わせ
た高さとなり、そのため薄型となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子を搭載
するための半導体素子搭載用基板に複数の半導体素子を
重ねて搭載して成る半導体装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体素子を搭載するための半導
体素子搭載用基板に複数個の半導体素子を重ねて搭載し
て成る半導体装置として、例えば図７に断面図で示すよ
うに、略四角平板状の絶縁基板64の上面に半導体素子を
搭載するための搭載部64ａおよび半導体素子の各電極が
電気的に接続される半導体素子接続用パッド65ａを有す
るとともに、この絶縁基板64の下面に半導体素子接続用
パッド65ａに電気的に接続された外部接続用パッド65ｂ
を有する半導体素子搭載用基板61と、この半導体素子搭
載用基板61の搭載部64ａに搭載され、その上面外周部に
半導体素子接続用パッド65ａにボンディングワイヤ78を
介して電気的に接続された第一電極72ａおよびこの第一
電極72ａの内側に設けられた第二電極72ｂを有する第一
半導体素子72と、この第一半導体素子72の上面に搭載さ
れ、その下面に第二電極72ｂに金属バンプ76を介してフ
リップチップ接続により電気的に接続された第三電極73
ａを有する第二半導体素子73と、半導体素子搭載用基板
61の上面に第一半導体素子７２および第二半導体素子７
３の電極形成面を保護するように固着された樹脂製封止
材77とを具備して成る半導体装置が知られている。この
ような半導体素子搭載用基板61上に半導体素子72および
73を積み重ねて搭載して成る従来の半導体装置は、外部
接続用パッド65ｂを例えば半田を介して外部電気回路基
板の配線導体に接合することによって外部電気回路基板
に実装される。そして、このような半導体装置では、半
導体素子搭載用基板61上に複数の半導体素子72・73を積
み重ねて搭載することから、外部電気回路基板への実装
密度を高いものとすることができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の半導体装置によれば、半導体素子搭載用基板61上に
第一半導体素子72および第二半導体素子73を積み重ねて
搭載して成ることから、その高さが半導体素子搭載用基
板61とその上に搭載された第一半導体素子72および第二
半導体素子73とを合わせた極めて高いものとなり、この
ような半導体装置を利用した電子機器の薄型化に対して
障害となるという問題点を有していた。

【０００４】本発明は、かかる従来の問題点に鑑み案出
されたものであり、その目的は、複数の半導体素子が積
み重ねられた薄型の半導体装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
中央部に開口を有する絶縁基板の上面に複数の半導体素
子接続用パッドが形成され、下面にこの半導体素子接続
用パッドに電気的に接続された複数の外部接続用パッド
が形成されて成る半導体素子搭載用基板と、この半導体
素子搭載用基板の上面に開口を覆うようにして半導体素
子接続用パッドにフリップチップ接続されて搭載された
第一半導体素子と、この第一半導体素子の下面に電気的
に接続されて搭載され、開口内に収容された第二半導体
素子とを具備することを特徴とするものである。

【０００６】本発明の半導体装置によれば、半導体素子
搭載用基板の上面に開口を覆うようにして搭載された第
一半導体素子の下面に、第二半導体素子が開口内に収容
されるようにして搭載されていることから、その高さが
半導体素子搭載用基板とこれに搭載された第一半導体素
子とを合わせた高さとなり、従って薄型化が可能であ
る。

【０００７】

【発明の実施の形態】次に、本発明を添付の図面を基に
説明する。図１は、本発明の半導体装置の実施形態の一
例を示す断面図であり、図１において、１は半導体素子
搭載用基板、２は第一半導体素子、３は第二半導体素子
である。

【０００８】半導体素子搭載用基板１は、その中央部に
略四角形の開口Ａを有する略四角枠状の絶縁基板４と、
この絶縁基板４の上面から内部を介して下面にかけて被
着形成された複数の配線導体５とから構成されている。

【０００９】絶縁基板４は、酸化アルミニウム質焼結体
や窒化アルミニウム質焼結体・ムライト質焼結体・炭化
珪素質焼結体・窒化珪素質焼結体・ガラスセラミックス
等の電気絶縁材料から成り、第一半導体素子２および第
二半導体素子３を支持するための支持部材として機能す
る。そして、例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る
場合であれば、主原料としての酸化アルミニウム粉末に
焼結助剤としての酸化珪素粉末・酸化マグネシウム粉末
・酸化カルシウム粉末および適当な有機バインダ・溶剤
を添加混合して得たセラミックスラリを従来周知のドク
ターブレード法を採用してシート状に形成して複数枚の
セラミックグリーンシートを得、しかる後、これらのセ
ラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施すと
ともに積層して生セラミック成形体となし、最後にこの
生セラミック成形体を約1600℃の高温で焼成することに
よって製作される。

【００１０】また、絶縁基板４に被着形成された配線導
体５は、タングステンやモリブデン・銅・銀等の金属粉
末メタライズ等の導電性材料から成り、第一半導体素子
２の各電極を外部電気回路基板に電気的に接続するため
の導電路として機能し、絶縁基板４の上面に露出した部
位が半導体素子接続用パッド５ａを形成しているととも
に、絶縁基板４の下面に露出した部位が外部接続用パッ
ド５ｂを形成している。

【００１１】そして、半導体素子接続用パッド５ａには
第一半導体素子２が金や半田から成るバンプ６ａを介し
てフリップチップ接続により接続されており、外部接続
用パッド５ｂを図示しない外部電気回路基板の配線導体
に半田を介して接続することにより第一半導体素子２が
配線導体５を介して外部電気回路に電気的に接続され
る。

【００１２】なお、配線導体５は、例えばタングステン
メタライズから成る場合であれば、タングステン粉末に
適当な有機バインダ・溶剤を添加混合して得た金属ペー
ストを絶縁基板４となるセラミックグリーンシートにス
クリーン印刷法を採用して所定パターンに印刷塗布し、
これを絶縁基板４となる生セラミック成形体とともに焼
成することによって絶縁基板４の上面から内部を介して
下面に導出するようにして被着形成される。また、配線
導体５の露出表面には配線導体５が酸化腐食するのを防
止するとともに半導体素子接続用パッド５ａとバンプ６
ａとの接続および外部接続用パッド５ｂと半田との接続
を良好なものとするために、通常であれば、１〜10μｍ
程度の厚みのニッケルめっきと0.1 〜３μｍ程度の厚み
の金めっきとが順次施されている。

【００１３】また、この半導体素子搭載用基板１の上面
には、第一半導体素子２が開口Ａを覆うようにして搭載
されている。第一半導体素子２は、その下面外周部で半
導体素子接続用パッド５ａと相対向する位置に複数の第
一電極２ａを有しており、この第一電極２ａが半導体素
子接続用パッド５ａに金や半田から成るバンプ６ａを介
してフリップチップ接続されている。

【００１４】なお、第一電極２ａと半導体素子接続用パ
ッド５ａとのバンプ６ａを介した接続は、例えばバンプ
６ａが金から成る場合であれば、第一電極２ａの下面に
金から成るバンプ６ａを予め取着させておくとともに、
このバンプ６ａを半導体素子接続用パッド５ａに熱圧着
する方法が採用され得る。

【００１５】さらに、第一半導体素子２の下面で、開口
Ａ内には、第二電極２ｂが形成されているとともに、こ
の第二電極２ｂに金や半田から成るバンプ６ｂを介して
フリップチップ接続された第三電極３ａを有する第二半
導体素子３が開口Ａ内に収容されるようにして搭載され
ている。

【００１６】この場合、第二半導体素子３は、開口Ａ内
に収容されるようにして第一半導体素子２の下面に搭載
されていることから、半導体装置の高さは半導体素子搭
載用基板１と第一半導体素子２とを合わせた高さと成
り、したがって、薄型の半導体装置となる。なお、第二
電極２ｂと第三電極３ａとのバンプ６ｂを介した接続
は、例えばバンプ６ｂが半田から成る場合であれば、第
二電極２ｂ・第三電極３ａの一方に半田から成るバンプ
６ｂを予め取着させておくとともに、これを他方に熱圧
着や溶着により接合する方法が採用される。

【００１７】また、半導体素子搭載用基板１の上面と第
一半導体素子２との間、および第一半導体素子２と第二
半導体素子３との間には、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹
脂から成る樹脂製封止材７が充填固着されている。樹脂
製封止材７は、第一半導体素子２および第二半導体素子
３の電極形成面ならびにバンプ６ａ・６ｂを外部環境か
ら保護するための保護部材として機能するとともに、半
導体素子搭載用基板１と第一半導体素子２との接合およ
び第一半導体素子２と第二半導体素子３との接合を強固
なものとなす接着剤として機能し、液状の未硬化樹脂を
半導体素子搭載用基板１の上面と第一半導体素子２との
間、および第一半導体素子２と第二半導体素子３との間
に注入するとともにこれを熱硬化させることによって半
導体素子搭載用基板１の上面と第一半導体素子２との
間、および第一半導体素子２と第二半導体素子３との間
に充填固着される。

【００１８】かくして、本発明の半導体装置によれば、
複数の半導体素子が積み重ねられた薄型の半導体装置を
提供することができる。

【００１９】なお、本発明は、上述の実施の形態例に限
定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲
であれば種々の変更は可能であることは言うまでもな
い。例えば図２に断面図で示すように、上述の実施形態
例で用いたのと同様の半導体素子搭載用基板１の上面
に、第一半導体素子12を開口Ａを覆うようにしてフリッ
プチップ接続により搭載するとともに、この第一半導体
素子12の下面に第二半導体素子13を開口Ａ内に収容され
るようにしてフリップチップ接続により搭載し、さらに
この第二半導体素子13の下面に第三半導体素子14を開口
Ａ内に収容されるようにして搭載してもよい。この例の
場合、第三半導体素子14の下面に電極が形成されている
とともに、この電極と第一半導体素子12の電極とがボン
ディングワイヤ18を介して接続されている。そして、半
導体素子搭載用基板１と第一半導体素子12との間および
開口Ａ内に樹脂製封止材17が充填固着されている。この
例においては第二半導体素子13および第三半導体素子14
が開口Ａ内に収容されていることから更なる高密度実装
が可能となる。

【００２０】また、図３に断面図で示すように、上述の
実施形態例で用いたのと同様の半導体素子搭載用基板１
の上面に、第一半導体素子22を開口Ａを覆うようにして
フリップチップ接続により搭載するとともに、この第一
半導体素子22の下面に第二半導体素子23をその電極形成
面を下にして開口Ａ内に収容されるようにして搭載し、
第一半導体素子22の電極と第二半導体素子23の電極とを
ボンディングワイヤ28を介して接続するとともに、半導
体素子搭載用基板１と第一半導体素子22との間および開
口Ａ内に樹脂製封止材27を充填固着させてもよい。

【００２１】さらに、図４に断面図で示すように、上述
の実施形態例で用いたのと同様の半導体素子搭載用基板
１の上面に、第一半導体素子32を開口Ａを覆うようにし
てフリップチップ接続により搭載するとともに、この第
一半導体素子32の下面に第二半導体素子33をその電極形
成面を下にして開口Ａ内に収容されるようにして搭載
し、この第二半導体素子33の電極と第一半導体素子32の
電極とをボンディングワイヤ38を介して接続し、さらに
この第二半導体素子33の下面に第三半導体素子３４を開
口Ａ内に収容されるようにしてフリップチップ接続によ
り搭載するとともに、半導体素子搭載用基板１と第一半
導体素子３２との間および開口Ａ内に樹脂製封止材37を
充填固着させてもよい。

【００２２】またさらに、図５に断面図で示すように、
上述の実施形態例で用いたのと同様の半導体素子搭載用
基板１の上面に、第一半導体素子42を開口Ａを覆うよう
にしてフリップチップ接続により搭載するとともに、こ
の第一半導体素子42の下面に第二半導体素子43をその電
極形成面を下にして開口Ａ内に収容されるようにして搭
載し、この第二半導体素子43の電極と第一半導体素子42
の電極とをボンディングワイヤ48ａを介して接続し、さ
らにこの第二半導体素子43の下面に第三半導体素子44を
その電極形成面を下にして開口Ａ内に収容されるように
して搭載し、この第三半導体素子44の電極と第二半導体
素子43の電極とをボンディングワイヤ48ｂを介して接続
するとともに、半導体素子搭載用基板１と第一半導体素
子42との間および開口Ａ内に樹脂製封止材47を充填固着
させてもよい。

【００２３】さらにまた、図６に断面図で示すように、
上述の実施形態例で用いたのと同様の半導体素子搭載用
基板１の上面に、第一半導体素子52を開口Ａを覆うよう
にしてフリップチップ接続により搭載するとともに、こ
の第一半導体素子52の下面に第二半導体素子53をその電
極形成面を下にして開口Ａ内に収容されるようにして搭
載し、この第二半導体素子53の電極と第一半導体素子52
の電極とをボンディングワイヤ58ａを介して接続し、さ
らにこの第二半導体素子53の下面に第三半導体素子54を
その電極形成面を下にして開口Ａ内に収容されるように
して搭載し、この第三半導体素子54の電極と第一半導体
素子52の電極とをボンディングワイヤ58ｂを介して接続
するとともに、半導体素子搭載用基板１と第一半導体素
子52との間および開口Ａ内に樹脂製封止材57を充填固着
させてもよい。

【００２４】

【発明の効果】本発明の半導体装置によれば、半導体素
子搭載用基板の上面に開口を覆うようにして搭載された
第一半導体素子の下面に、第二半導体素子が開口内に収
容されるようにして搭載されていることから、その高さ
が半導体素子搭載用基板とこれに搭載された第一半導体
素子とを合わせた高さとなり、従って薄型の半導体装置
を提供することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体装置の実施形態の一例を示す断
面図である。

【図２】本発明の半導体装置の実施形態の他の例を示す
断面図である。

【図３】本発明の半導体装置の実施形態の他の例を示す
断面図である。

【図４】本発明の半導体装置の実施形態の他の例を示す
断面図である。

【図５】本発明の半導体装置の実施形態の他の例を示す
断面図である。

【図６】本発明の半導体装置の実施形態の他の例を示す
断面図である。

【図７】従来の半導体装置の断面図である。

【符号の説明】

１：半導体素子搭載用基板 ２，12，22，32，42，52：第一半導体素子 ３，13，23，33，43，53：第二半導体素子 ４：絶縁基板 ５ａ：半導体素子接続用パッド ５ｂ：外部接続用パッド Ａ：開口

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中央部に開口を有する絶縁基板の上面に
   複数の半導体素子接続用パッドが形成され、下面に該半
   導体素子接続用パッドに電気的に接続された複数の外部
   接続用パッドが形成されて成る半導体素子搭載用基板
   と、該半導体素子搭載用基板の上面に前記開口を覆うよ
   うにして前記半導体素子接続用パッドにフリップチップ
   接続されて搭載された第一半導体素子と、該第一半導体
   素子の下面に電気的に接続されて搭載され、前記開口内
   に収容された第二半導体素子とを具備することを特徴と
   する半導体装置。