JP2003179200A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 積み重ねて接合する半導体素子の離間間隔を
容易に確保して半導体素子を回路基板等に搭載可能と
し、信頼性の高い半導体装置として提供する。 【解決手段】 半導体素子１４、１６をスペーサを介し
て積み重ね、各々の半導体素子１４、１６の電極端子と
回路基板１８等のボンディング部２０とをワイヤボンデ
ィングして電気的に接続した半導体装置において、前記
スペーサが、積み重ねて接合されている半導体素子１４
の接合面に、ペーストを散点状に塗布して硬化させたバ
ンプ３０によって形成され、前記半導体素子１４、１６
の接合面間にペースト３２が充填されて半導体素子１
４、１６が一体に接合されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置およびそ
の製造方法に関し、より詳細には複数個の半導体素子を
積み重ねて搭載した半導体装置およびその製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】回路基板あるいはリードフレームに半導
体素子を搭載して形成する半導体装置には、１つのパッ
ケージ内に複数個の半導体素子を積み重ねて搭載した製
品がある。このような半導体装置製品は、最近の半導体
素子はきわめて薄く形成されるようになっていることか
ら、積み重ねて搭載した場合でも十分にコンパクトに形
成することができること、半導体素子を積み重ねること
で半導体装置の集積化に好適に対応できるといった技術
的な背景によるものである。

【０００３】図３、４は、半導体素子を積み重ねて搭載
した従来の半導体装置の例を示す。パッケージ内で半導
体素子を積み重ねて搭載する場合に、単に、半導体素子
を積み重ねたのでは、半導体素子と回路基板あるいはリ
ードフレームとの間でワイヤボンディングする際に、ボ
ンディングワイヤが半導体素子に接触してしまってワイ
ヤボンディングすることができない。そのため、図４に
示す半導体装置では下段の半導体素子１０で周縁部に配
置されている電極端子の内側の領域に上段の半導体素子
１２を搭載し、各々の半導体素子１２、１４と回路基板
１８に設けられているボンディング部２０とがワイヤボ
ンディングできるようにしている。また、図３に示す半
導体装置では、下段と上段の半導体素子１４、１６の間
にスペーサ２２を配置して上下に隣接する半導体素子１
４、１６の間に空隙を形成し、これによって各々の半導
体素子１４、１６と回路基板１８のボンディング部２０
とがワイヤボンディングできるようにしている。２４は
封止樹脂、２６は外部接続端子である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、パッケ
ージ内で半導体素子を積み重ねて搭載する場合に、図４
に示す半導体装置のように、大きさの異なる半導体素子
１０、１２を使用する方法の場合は、使用できる半導体
素子が制限されるという課題がある。また、図３に示す
半導体装置の場合は、パッケージに搭載する半導体素子
１４、１６の他に別部品としてスペーサ２２を用意する
必要があり、また、スペーサ２２は下段の半導体素子１
４で電極端子が配置されている周縁部の内側に接合しな
ければならないために、上段の半導体素子１６の平面領
域の全域をスペーサ２２によって支持することができ
ず、上段の半導体素子１６に対してワイヤボンディング
した際に半導体素子１６が損傷を受けるおそれがあると
いう課題があった。

【０００５】そこで、本発明はこれらの課題を解決すべ
くなされたものであり、その目的とするところは、半導
体素子を積み重ねて半導体素子と回路基板等のボンディ
ング部とをワイヤボンディングによって接続する半導体
装置において、各々の半導体素子とボンディング部とを
確実にワイヤボンディングすることができ、ワイヤボン
ディング時に半導体素子が損傷したりすることなく、信
頼性の高い製品として提供することができる半導体装置
およびその製造方法を提供するにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために次の構成を備える。すなわち、半導体素子を
スペーサを介して積み重ね、各々の半導体素子の電極端
子と回路基板等のボンディング部とをワイヤボンディン
グして電気的に接続した半導体装置において、前記スペ
ーサが、積み重ねて接合されている半導体素子の接合面
に、ペーストを散点状に塗布して硬化させたバンプによ
って形成され、前記半導体素子の接合面間にペーストが
充填されて半導体素子が一体に接合されていることを特
徴とする。また、前記バンプを形成するペーストと、半
導体素子の接合面間に充填されるペーストとが同一のペ
ースト材からなることを特徴とする。また、前記積み重
ねて接合されている半導体素子が、同一形状に形成され
ている製品であることを特徴とする。

【０００７】また、半導体素子をスペーサを介して積み
重ね、各々の半導体素子の電極端子と回路基板等のボン
ディング部とをワイヤボンディングして電気的に接続し
た半導体装置の製造方法において、前記回路基板に半導
体素子を搭載し、半導体素子と前記ボンディング部とを
ワイヤボンディングした後、当該半導体素子の、次段の
半導体素子を接合する接合面に、ペーストを散点状に塗
布してバンプを形成し、該バンプを形成した面にペース
トを供給し、前記バンプをスペーサとして次段の半導体
素子を接合した後、上段の半導体素子と回路基板のボン
ディング部とをワイヤボンディングすることを特徴とす
る。また、前記バンプを形成した面にペーストを供給
し、前記バンプをスペーサとして次段の半導体素子を接
合する際に、下段の半導体素子と同一形状に形成された
半導体素子を接合して、半導体素子の接合面間に前記ペ
ーストを充填させることを特徴とする。また、前記バン
プを形成するペーストとして熱硬化型の樹脂を使用し、
ペーストを散点状に塗布した後、ペーストを加熱、キュ
アしてバンプ状に硬化させることを特徴とする。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
について添付図面にしたがって詳細に説明する。図１は
本発明に係る半導体装置の一実施形態の構成を示す断面
図である。本実施形態の半導体装置は、回路基板１８の
一方の面に略同形状の２枚の半導体素子１４、１６を積
み重ねて搭載し、各々の半導体素子１４、１６の電極端
子と回路基板１８の表面に形成されているボンディング
部２０とをワイヤボンディングによって接続したもので
ある。図１では、ワイヤボンディング後に樹脂封止し、
回路基板１８に外部接続端子２６を接合した状態を示
す。２４が封止樹脂、２８がボンディングワイヤであ
る。

【０００９】本実施形態の半導体装置において特徴的な
構成は、下段の半導体素子１４で上段の半導体素子１６
を接合する接合面に形成したバンプ３０をスペーサとし
て上段の半導体素子１６を接合した点にある。バンプ３
０は半導体素子を回路基板等に接合する際に一般に使用
されているペーストを利用し、ペーストを点状に塗布し
て半球状に硬化させて形成することができる。本実施形
態では、下段の半導体素子１４と上段の半導体素子１６
とを接３２着するペーストとバンプ３０を形成するペー
ストに同一のペースト材を使用している。これによっ
て、バンプ３０とペースト３２とがなじみやすくなり半
導体素子１４、１６が確実に一体に接合できるととも
に、同一のペースト材を使用することで半導体装置の組
立作業が容易になるという利点がある。もちろん。バン
プ３０の形成しやすさ等を考慮してバンプ３０を形成す
るペースト材と半導体素子１４、１６を接合するペース
ト材として別の材料を使用してもよい。

【００１０】下段の半導体素子１４の接合面に形成した
バンプ３０をスペーサとし、ペーストにより下段の半導
体素子１４と上段の半導体素子１６とを接合することに
よって、図１に示すように、下段の半導体素子１４と上
段の半導体素子１６との対向面間の全域にペースト３２
が充填され、上段の半導体素子１６はその平面領域の全
体にわたってバンプ３０とペースト３２によって支持さ
れる。半導体素子を回路基板等に接着するペースト材と
しては、熱硬化型のエポキシ系樹脂が一般に使用されて
おり、バンプ３０を形成する際には、ペースト材をバン
プ状に塗布した後、加熱、キュアしてペースト材を硬化
させることによって、変形しない形態にバンプ３０を形
成することができる。また、半導体素子１４、１６を接
合するペーストも、半導体素子１４、１６の接合面間に
充填した後、加熱、キュアすることによって硬化させ、
半導体素子１４、１６を一体的に接合する。

【００１１】このように、バンプ３０およびペースト３
２により上段の半導体素子１６がその平面領域の全域に
わたって下段の半導体素子１４に支持されることから、
上段の半導体素子１６と回路基板１８のボンディング部
２０とをワイヤボンディングする際に半導体素子１６が
損傷したりすることがなくなる。また、下段の半導体素
子１４の接合面にペースト３２を塗布すると、下段の半
導体素子１４の電極端子に接合されているボンディング
ワイヤ２８の接合端の近傍部分がペースト３２中に入り
込み、ペースト３２によってボンディングワイヤ２８と
電極端子との接合部が保護され、ボンディングワイヤ２
８と電極端子との接続が確実になるという利点もある。

【００１２】図２は、本発明に係る半導体装置の製造方
法を示す説明図である。図２(a)は、まず、回路基板１
８の一方の面に半導体素子１４を接合し、半導体素子１
４の電極端子と回路基板１８の一方の面に設けられたボ
ンディング部２０とをワイヤボンディングによって接続
した状態である。回路基板１８の一方の面には配線パタ
ーンが設けられており、ボンディング部２０は配線パタ
ーンの端部にボンディングワイヤ２８を接合する部位と
して設けられている。半導体素子１４の電極端子は電極
端子形成面の外周縁に沿って配置されており、ボンディ
ングワイヤ２８は半導体素子１４の周縁部から引き出さ
れてボンディング部２０に接続される。

【００１３】図２(b)は、次に、半導体素子１４の電極
端子形成面、すなわち上段の半導体素子１６を接合する
面にバンプ３０を形成した状態を示す。バンプ３０は半
導体素子１４、１６を接合するペーストと同じ材料を用
いて、半導体素子１４の電極端子形成面に散点的にペー
スト材を塗布することによって形成する。ペースト材を
シャワー式に吐出するノズルを使用することにより、半
導体素子１４の接合面に容易に複数の点状にペースト材
を吐出させることができる。

【００１４】ペースト材を点状に吐出させることによ
り、表面張力によってペースト材が半球状となり、加熱
およびキュアすることによってペースト材が硬化して接
合面に接着固定され、半球形状で変形しない形態のバン
プ３０を形成することができる。バンプ３０の高さは、
下段の半導体素子１４をワイヤボンディングする際のボ
ンディングワイヤの高さ以上に設定すればよい。ボンデ
ィングワイヤ２８の高さは電極端子形成面に対して１０
０μｍ程度であり、ペースト材を用いて１００μｍ程度
以上の高さにバンプ３０を形成することは容易である。

【００１５】図２(c)は、下段の半導体素子１４の電極
端子形成面にペースト３２を用いて上段の半導体素子１
６を接合した状態を示す。半導体素子１４の接合面にペ
ースト３２を塗布し、下段の半導体素子１４に位置合わ
せして上段の半導体素子１６を接合する。上段の半導体
素子１６を下段の半導体素子１４に対して押圧して半導
体素子１６の下面をバンプ３０に当接させるようにする
ことにより、ペースト３２が隣接するバンプ３０の中間
部分を充填して半導体素子１４、１６の対向面間にペー
スト３２が充填され、下段の半導体素子１４と上段の半
導体素子１６の離間間隔がバンプ３０によって確保され
る。ペースト３２により半導体素子１６を半導体素子１
４に接合した後、加熱、キュアしてペースト３２を硬化
させ、下段の半導体素子１４と上段の半導体素子１６と
を一体に接合する。

【００１６】図２(d)は、上段の半導体素子１６の電極
端子と回路基板１８に形成されているボンディング部２
０とをワイヤボンディングによって接続した状態であ
る。上段の半導体素子１６とボンディング部２０とをワ
イヤボンディングによって接続する方法は従来のワイヤ
ボンディング法による。図２(e)は、半導体素子１４、
１６を樹脂封止し、回路基板１８の他方の面に形成され
ているランドに外部接続端子２６を接合して半導体装置
を形成した状態を示す。こうして、ペーストによって形
成したバンプ３０を上下に積み重ねて搭載する半導体素
子１４、１６のスペーサとして使用して２枚の半導体素
子１４、１６を回路基板１８に搭載することができる。

【００１７】なお、図２に示す実施形態においては半導
体素子を２段に積み重ねているが、半導体素子をさらに
積み重ねることもできる。半導体素子をさらに積み重ね
る場合も上述した方法と同様に、上側の半導体素子を接
合する接合面に接着用のペーストを用いてスペーサとし
て作用するバンプを形成し、バンプを介して上側の半導
体素子を接合すればよい。この方法によれば、半導体素
子をさらに積み重ねるようにして搭載する場合でも、上
下に隣接する半導体素子の離間間隔を確実に確保するこ
とができ、ボンディングワイヤを半導体素子に接触させ
ないようにしてワイヤボンディングすることができる。
上下の半導体素子はペーストによって一体的に接合され
るから、同形状の半導体素子を適宜枚数積み重ねた場合
でも半導体素子の支持性が損なわれることはない。

【００１８】また、本発明に係る半導体装置の製造方法
では、半導体素子を回路基板等に接着する際に使用する
ペースト材を用いて半導体素子を積み重ねていくから、
従来のようにスペーサといった別部品を用意する必要が
なく、半導体素子を接着する作業工程を利用して半導体
素子を搭載できるという利点がある。

【００１９】なお、上記実施形態においては回路基板１
８に半導体素子１４、１６を積み重ねて搭載した例につ
いて説明したが、回路基板以外にリードフレームに半導
体素子を積み重ねて搭載する場合にも同様に本発明を適
用することができる。リードフレームの場合はインナー
リードの端部に形成されたボンディング部と半導体素子
の電極端子との間でワイヤボンディングされる。また、
上記実施形態では半導体素子１４、１６を樹脂封止して
製品としているが、半導体素子を樹脂封止する方法は金
型を用いて樹脂封止する方法、ポッティングによる方法
等、とくにその方法が限定されるものではない。

【００２０】

【発明の効果】本発明に係る半導体装置およびその製造
方法によれば、上述したように、半導体素子の離間間隔
を確実にかつ容易に確保するようにして半導体素子を回
路基板等に搭載することができ、ワイヤボンディング法
によって半導体素子とボンディング部とを確実に電気的
に接続することができる。また、同一形状の半導体素子
を積み重ね、接合面間にペーストを充填して半導体素子
を接合することにより、ワイヤボンディングの際に半導
体素子が損傷するといった問題を解消して、信頼性の高
い半導体装置として提供することが可能になる等の著効
を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る半導体装置の一実施形態の構成を
示す断面図である。

【図２】本発明に係る半導体装置の製造方法を示す説明
図である。

【図３】半導体装置の従来の構成を示す断面図である。

【図４】半導体装置の従来の構成を示す断面図である。

【符号の説明】

１０、１２、１４、１６ 半導体素子 １８ 回路基板 ２０ ボンディング部 ２２ スペーサ ２６ 外部接続端子 ２８ ボンディングワイヤ ３０ バンプ ３２ ペースト

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体素子をスペーサを介して積み重
   ね、各々の半導体素子の電極端子と回路基板等のボンデ
   ィング部とをワイヤボンディングして電気的に接続した
   半導体装置において、 前記スペーサが、積み重ねて接合されている半導体素子
   の接合面に、ペーストを散点状に塗布して硬化させたバ
   ンプによって形成され、 前記半導体素子の接合面間にペーストが充填されて半導
   体素子が一体に接合されていることを特徴とする半導体
   装置。
2. 【請求項２】 バンプを形成するペーストと、半導体素
   子の接合面間に充填されるペーストとが同一のペースト
   材からなることを特徴とする請求項１記載の半導体装
   置。
3. 【請求項３】 積み重ねて接合されている半導体素子
   が、同一形状に形成されている製品であることを特徴と
   する請求項１または２記載の半導体装置。
4. 【請求項４】 半導体素子をスペーサを介して積み重
   ね、各々の半導体素子の電極端子と回路基板等のボンデ
   ィング部とをワイヤボンディングして電気的に接続した
   半導体装置の製造方法において、 前記回路基板に半導体素子を搭載し、半導体素子と前記
   ボンディング部とをワイヤボンディングした後、 当該半導体素子の、次段の半導体素子を接合する接合面
   に、ペーストを散点状に塗布してバンプを形成し、 該バンプを形成した面にペーストを供給し、前記バンプ
   をスペーサとして次段の半導体素子を接合した後、 上段の半導体素子と回路基板のボンディング部とをワイ
   ヤボンディングすることを特徴とする半導体装置の製造
   方法。
5. 【請求項５】 バンプを形成した面にペーストを供給
   し、前記バンプをスペーサとして次段の半導体素子を接
   合する際に、下段の半導体素子と同一形状に形成された
   半導体素子を接合して、半導体素子の接合面間に前記ペ
   ーストを充填させることを特徴とする請求項４記載の半
   導体装置の製造方法。
6. 【請求項６】 前記バンプを形成するペーストとして熱
   硬化型の樹脂を使用し、ペーストを散点状に塗布した
   後、ペーストを加熱、キュアしてバンプ状に硬化させる
   ことを特徴とする請求項４または５記載の半導体装置の
   製造方法。