JP2007115789A - Stacked semiconductor device and method for manufacturing stacked semiconductor device - Google Patents
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Abstract
【課題】3次元実装時の接合安定性・強度・信頼性を向上させる。
【解決手段】2つの半導体装置を積層する際に、半導体装置間の絶縁層に両者を電気的に接続する中間電極26の形成領域となる開口部18を、半導体装置の反りを考慮して形成し、この時、上になる半導体装置10bが備える中間電極となる外部電極の体積と同じ体積となるように開口部18の開口径を調整することにより、積層する半導体装置に反りが生じていても、上になる半導体装置10bの中間電極材料となる外部電極の体積を反りに合わせて変えることなく、両半導体装置を確実に電気的に接続する中間電極26を形成することができるため、3次元実装時の接合歩留り、接合強度・信頼性を向上させることができる。
【選択図】図1An object of the present invention is to improve joint stability, strength, and reliability during three-dimensional mounting.
When two semiconductor devices are stacked, an opening 18 serving as a formation region of an intermediate electrode 26 that electrically connects both to an insulating layer between the semiconductor devices is formed in consideration of warpage of the semiconductor device. At this time, the semiconductor device to be stacked is warped by adjusting the opening diameter of the opening 18 so as to be the same volume as the volume of the external electrode serving as the intermediate electrode provided in the semiconductor device 10b on the upper side. However, since the intermediate electrode 26 that reliably connects the two semiconductor devices can be formed without changing the volume of the external electrode, which is the intermediate electrode material of the semiconductor device 10b, according to the warping, the intermediate electrode 26 can be formed. Bonding yield, bonding strength and reliability during dimension mounting can be improved.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、複数の半導体装置を1つのパッケージに実装する積層型半導体装置及び積層型半導体装置の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a stacked semiconductor device in which a plurality of semiconductor devices are mounted in one package, and a method for manufacturing the stacked semiconductor device.
近年、電子機器の小型化、高性能化および高速化のために、半導体装置に対しても小型化、薄型化、高速化、多端子化及び高密度実装化が要求されるようになっている。中でも特に、実装面積の削減・高密度実装化を目的として半導体装置を3次元実装した積層型半導体装置(パッケージ オン パッケージ)が注目されている(例えば、特許文献1,特許文献2参照)。
しかしながら、半導体装置には各構成材料の線膨張係数の差異・アンバランスによる反りが少なからず発生する。半導体装置を3次元実装した時、この反り発生のため、はんだボール等の金属電極を介して半導体装置を積層する方法では、半導体装置間の間隔が大きく広がり、接合不良(オープン不良)の発生や接合強度・接合信頼性が劣化するという課題があった。 However, the semiconductor device has a considerable amount of warpage due to the difference / unbalance of the linear expansion coefficients of the constituent materials. When a semiconductor device is three-dimensionally mounted, due to the occurrence of warping, in the method of stacking semiconductor devices via metal electrodes such as solder balls, the interval between the semiconductor devices is greatly widened, and the occurrence of defective bonding (open failure) There was a problem that joint strength and joint reliability deteriorated.
そこで、本発明では、半導体装置の反りを考慮しつつ、3次元実装時の接合歩留り、接合強度・信頼性を向上させることが可能な積層型半導体装置および積層型半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a stacked semiconductor device and a method for manufacturing the stacked semiconductor device capable of improving the junction yield, the bond strength, and the reliability at the time of three-dimensional mounting in consideration of the warp of the semiconductor device. For the purpose.
上記の目的を達成するために、本発明における請求項1記載の積層型半導体装置の製造方法は、第1外部電極と積層用接合ランドを備える第1キャリア基板に1または複数の電子部品を搭載する第1半導体装置と、はんだ材料で形成された第2外部電極を備える第2キャリア基板に1または複数の電子部品を搭載する第2半導体装置とを前記第2外部電極を溶融して形成する中間電極と前記積層用接合ランドを電気的に接続して積層する積層型半導体装置の製造方法であって、前記第1半導体装置の接合ランドを露出して前記中間電極の形成位置を前記第2外部電極の体積分だけ開口する開口部を備えた絶縁層を前記第1半導体装置の前記電子部品搭載面上に貼り付ける工程と、前記第2外部電極と前記開口部を位置合わせして前記第1半導体装置上に前記第2半導体装置を載置する工程と、加熱により前記第2外部電極を溶融して前記開口部に充填することにより前記中間電極を形成して前記中間電極と前記積層用ランドを電気的に接続する工程とを有し、開口部の形成に際し、前記第1半導体装置および前記第2半導体装置の反りによる前記第1半導体装置と前記第2半導体装置との間隔に対応して前記中間電極が前記第1半導体装置と前記第2半導体装置とを電気的に接続できるように前記開口部の高さを調整し、さらに、前記開口部の体積が前記第2外部電極の体積と同じになるように前記開口部の高さに対応して前記開口部の開口径を調整することを特徴とする。 To achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a stacked semiconductor device, wherein one or more electronic components are mounted on a first carrier substrate having a first external electrode and a stacked bonding land. Forming a first semiconductor device and a second semiconductor device having one or more electronic components mounted on a second carrier substrate having a second external electrode formed of a solder material by melting the second external electrode A method of manufacturing a stacked semiconductor device in which an intermediate electrode and the stacked junction land are electrically connected and stacked, wherein the junction land of the first semiconductor device is exposed and the formation position of the intermediate electrode is set to the second position. A step of attaching an insulating layer having an opening that is open by the volume of the external electrode on the electronic component mounting surface of the first semiconductor device; and the second external electrode and the opening are aligned to align the first 1 semiconductor Placing the second semiconductor device on the device; melting the second external electrode by heating and filling the opening to form the intermediate electrode; A step of electrically connecting the first semiconductor device and the second semiconductor device in accordance with an interval between the first semiconductor device and the second semiconductor device when the opening is formed. The height of the opening is adjusted so that an intermediate electrode can electrically connect the first semiconductor device and the second semiconductor device, and the volume of the opening is the same as the volume of the second external electrode The opening diameter of the opening is adjusted to correspond to the height of the opening.
請求項2記載の積層型半導体装置の製造方法は、第1外部電極と積層用接合ランドを備える第1キャリア基板に1または複数の電子部品を搭載する第1半導体装置と、はんだ材料で形成された第2外部電極を備える第2キャリア基板に1または複数の電子部品を搭載する第2半導体装置とを前記第2外部電極を溶融して形成する中間電極と前記積層用接合ランドを電気的に接続して積層する積層型半導体装置の製造方法であって、前記第1半導体装置の前記電子部品搭載面上に絶縁層を貼り付ける工程と、前記絶縁層に前記第1半導体装置の接合ランドを露出して前記中間電極の形成位置を前記第2外部電極の体積分だけ開口する開口部を形成する工程と、前記第2外部電極と前記開口部を位置合わせして前記第1半導体装置上に前記第2半導体装置を載置する工程と、加熱により前記第2外部電極を溶融して前記開口部に充填することにより前記中間電極を形成して前記中間電極と前記積層用ランドを電気的に接続する工程とを有し、開口部の形成に際し、前記第1半導体装置および前記第2半導体装置の反りによる前記第1半導体装置と前記第2半導体装置との間隔に対応して前記中間電極が前記第1半導体装置と前記第2半導体装置とを電気的に接続できるように前記開口部の高さを調整し、さらに、前記開口部の体積が前記第2外部電極の体積と同じになるように前記開口部の高さに対応して前記開口部の開口径を調整することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a stacked semiconductor device, comprising: a first semiconductor device having one or more electronic components mounted on a first carrier substrate having a first external electrode and a stacked bonding land; and a solder material. An intermediate electrode formed by melting the second external electrode and a second semiconductor device mounting one or more electronic components on a second carrier substrate having the second external electrode are electrically connected to the lamination land. A method of manufacturing a stacked type semiconductor device that is connected and stacked, the step of attaching an insulating layer on the electronic component mounting surface of the first semiconductor device, and a bonding land of the first semiconductor device on the insulating layer Forming an opening that exposes and opens the intermediate electrode by a volume of the second external electrode; and aligns the second external electrode and the opening on the first semiconductor device. Second half A step of placing a body device and a step of melting the second external electrode by heating and filling the opening to form the intermediate electrode and electrically connecting the intermediate electrode and the laminating land When the opening is formed, the intermediate electrode corresponds to the distance between the first semiconductor device and the second semiconductor device due to warpage of the first semiconductor device and the second semiconductor device. The height of the opening is adjusted so that the semiconductor device and the second semiconductor device can be electrically connected, and the volume of the opening is the same as the volume of the second external electrode. The opening diameter of the opening is adjusted in accordance with the height of the portion.
請求項3記載の積層型半導体装置の製造方法は、請求項1または請求項2のいずれかに記載の積層型半導体装置の製造方法において、前記開口部の前記第2外部電極との接合部毎に前記第2外部電極が安定的に接触できるような前記第1半導体装置および前記第2半導体装置の反りに対応したテーパを設けることを特徴とする。
The method for manufacturing a stacked semiconductor device according to claim 3 is the method for manufacturing a stacked semiconductor device according to
請求項4記載の積層型半導体装置の製造方法は、請求項1または請求項2または請求項3のいずれかに記載の積層型半導体装置の製造方法において、前記第1半導体装置または第2半導体装置へ前記電子部品を搭載するに際し、前記電子部品を積層して搭載することを特徴とする。 The method for manufacturing a stacked semiconductor device according to claim 4 is the method for manufacturing a stacked semiconductor device according to claim 1, wherein the first semiconductor device or the second semiconductor device is used. When mounting the electronic components, the electronic components are stacked and mounted.
請求項5記載の積層型半導体装置の製造方法は、請求項1または請求項2または請求項3のいずれかに記載の積層型半導体装置の製造方法において、前記第1半導体装置または第2半導体装置へ前記電子部品を搭載するに際し、前記電子部品を並列に搭載することを特徴とする。 The method for manufacturing a stacked semiconductor device according to claim 5 is the method for manufacturing a stacked semiconductor device according to claim 1, wherein the first semiconductor device or the second semiconductor device is used. In mounting the electronic component, the electronic component is mounted in parallel.
請求項6記載の積層型半導体装置の製造方法は、請求項1または請求項2または請求項3または請求項4または請求項5のいずれかに記載の積層型半導体装置の製造方法において、前記電子部品のうち少なくとも1つが半導体素子であることを特徴とする。
A method for manufacturing a stacked semiconductor device according to claim 6 is the method for manufacturing a stacked semiconductor device according to claim 1,
請求項7記載の積層型半導体装置の製造方法は、請求項1または請求項2または請求項3または請求項4または請求項5または請求項6のいずれかに記載の積層型半導体装置の製造方法において、前記第1半導体装置に搭載された前記電子部品を樹脂封止することを特徴とする。
The method for manufacturing a stacked semiconductor device according to claim 7 is a method for manufacturing a stacked semiconductor device according to claim 1,
請求項8記載の積層型半導体装置の製造方法は、請求項1または請求項2または請求項3または請求項4または請求項5または請求項6または請求項7のいずれかに記載の積層型半導体装置の製造方法において、前記第2半導体装置に搭載された前記電子部品を樹脂封止することを特徴とする。
The method for manufacturing a stacked semiconductor device according to claim 8 is a stacked semiconductor according to claim 1,
請求項9記載の積層型半導体装置は、第1外部電極と第1積層用接合ランドを備える第1キャリア基板に1または複数の電子部品を搭載する第1半導体装置と、前記第1半導体装置の前記電子部品搭載面上に形成される絶縁層と、前記絶縁層を挟んで前記第1半導体装置と対向する前記絶縁層上に積層され、前記第2積層用接合ランドを備える第2キャリア基板に1または複数の電子部品を搭載する第2半導体装置と、前記第1半導体装置および前記第2半導体装置の反りによる前記第1半導体装置と前記第2半導体装置との間隔に対応して高さを調整し、前記第1積層用接合ランドと前記第2積層用接合ランドを電気的に接続する中間電極と、前記絶縁層に前記中間電極と同じ形状で形成された前記中間電極の形成領域となる開口部とを有し、全ての中間電極の体積が同じになるように前記中間電極の径が高さに対応することを特徴とする。 The stacked semiconductor device according to claim 9, wherein the first semiconductor device has one or more electronic components mounted on a first carrier substrate having a first external electrode and a first stacked junction land, and the first semiconductor device includes: An insulating layer formed on the electronic component mounting surface; and a second carrier substrate that is stacked on the insulating layer facing the first semiconductor device with the insulating layer interposed therebetween, and includes the second stacking junction land. A height corresponding to a distance between the first semiconductor device and the second semiconductor device due to warpage of the first semiconductor device and the second semiconductor device; and a second semiconductor device on which one or more electronic components are mounted. An intermediate electrode for adjusting and electrically connecting the first lamination junction land and the second lamination junction land, and a region for forming the intermediate electrode formed in the insulating layer in the same shape as the intermediate electrode With opening Characterized in that the volume of all of the intermediate electrode corresponds to the diameter the height of the intermediate electrode to be the same.
請求項10記載の積層型半導体装置は、請求項9記載の積層型半導体装置において、前記中間電極の高さが前記第1半導体装置の中央から外周部に向かって徐々に変化することを特徴とする。 The stacked semiconductor device according to claim 10 is the stacked semiconductor device according to claim 9, wherein the height of the intermediate electrode gradually changes from the center of the first semiconductor device toward the outer periphery. To do.
請求項11記載の積層型半導体装置は、請求項9記載の積層型半導体装置において、前記中間電極の径が前記第1半導体装置の中央から外周部に向かって徐々に変化することを特徴とする。
The stacked semiconductor device according to
請求項12記載の積層型半導体装置は、請求項9または請求項10または請求項11のいずれかに記載の積層型半導体装置において、前記開口部毎の前記第2半導体装置に隣接する端部に前記第1半導体装置および前記第2半導体装置の反りに対応したテーパを設けることを特徴とする。
The stacked semiconductor device according to
請求項13記載の積層型半導体装置は、請求項12記載の積層型半導体装置において、前記第1半導体装置と前記第2半導体装置との間隔が広くなるにしたがって、前記テーパのテーパ角度が徐々に大きくなることを特徴とする。
The stacked semiconductor device according to
請求項14記載の積層型半導体装置は、請求項9または請求項10または請求項11または請求項12または請求項13のいずれかに記載の積層型半導体装置において、前記第1半導体装置または第2半導体装置へ前記電子部品を積層して搭載することを特徴とする。
The stacked semiconductor device according to
請求項15記載の積層型半導体装置は、請求項9または請求項10または請求項11または請求項12または請求項13のいずれかに記載の積層型半導体装置において、前記第1半導体装置または第2半導体装置へ前記電子部品を並列に搭載することを特徴とする。
The stacked semiconductor device according to
請求項16記載の積層型半導体装置は、請求項9または請求項10または請求項11または請求項12または請求項13または請求項14または請求項15のいずれかに記載の積層型半導体装置において、前記電子部品のうち少なくとも1つが半導体素子であることを特徴とする。
A stacked semiconductor device according to
請求項17記載の積層型半導体装置は、請求項9または請求項10または請求項11または請求項12または請求項13または請求項14または請求項15または請求項16のいずれかに記載の積層型半導体装置において、前記第1半導体装置に搭載された前記電子部品を樹脂封止することを特徴とする。
The stacked semiconductor device according to
請求項18記載の積層型半導体装置は、請求項9または請求項10または請求項11または請求項12または請求項13または請求項14または請求項15または請求項16または請求項17のいずれかに記載の積層型半導体装置において、前記第2半導体装置に搭載された前記電子部品を樹脂封止することを特徴とする。
The stacked semiconductor device according to
以上により、半導体装置の反りを考慮しつつ、3次元実装時の接合歩留り、接合強度・信頼性を向上させることができる。 As described above, it is possible to improve the bonding yield, the bonding strength and the reliability at the time of three-dimensional mounting while considering the warp of the semiconductor device.
以上のように、2つの半導体装置を積層する際に、半導体装置間の絶縁層に両者を電気的に接続する中間電極の形成領域となる開口部を、半導体装置の反りを考慮して形成し、この時、上になる半導体装置が備える中間電極となる外部電極の体積と同じ体積となるように開口部の開口径を調整することにより、積層する半導体装置に反りが生じていても、上になる半導体装置の中間電極材料となる外部電極の体積を反りに合わせて変えることなく、両半導体装置を確実に電気的に接続する中間電極を形成することができるため、3次元実装時の接合歩留り、接合強度・信頼性を向上させることができる。 As described above, when two semiconductor devices are stacked, an opening serving as a formation region of an intermediate electrode that electrically connects the two to the insulating layer between the semiconductor devices is formed in consideration of the warp of the semiconductor device. At this time, by adjusting the opening diameter of the opening so as to be the same as the volume of the external electrode serving as the intermediate electrode included in the upper semiconductor device, even if the semiconductor device to be stacked is warped, It is possible to form an intermediate electrode that reliably connects both semiconductor devices without changing the volume of the external electrode, which is an intermediate electrode material of the semiconductor device to be warped, in accordance with the warpage. Yield, joint strength and reliability can be improved.
以下、本発明の各実施形態に係る半導体装置について図1,図2,図3,図4,図5を参照しながら説明する。
図1は本発明の第1実施形態に係る積層型半導体装置の断面図である。
Hereinafter, a semiconductor device according to each embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1, 2, 3, 4, and 5.
FIG. 1 is a cross-sectional view of a stacked semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
図1において、第1実施形態では半導体装置10aと半導体装置10bは、各半導体装置を電気的に接続するための中間電極26を介して接合(積層)される。下側となる半導体装置10aは第1キャリア基板11を備え、第1キャリア基板11両面には、第1接合ランド14と外部電極ランド15がそれぞれ形成されている。なお、図示はしていないが、第1キャリア基板11内部には、電気特性を得るための内部金属配線が形成されている。そして、第1キャリア基板11の第1接合ランド14が形成されている面に、第1半導体素子12がフリップチップ実装されている。例えば、第1接着層13にNCF(Nonconductive Film)を用いたNCF接合によってフリップチップ実装を行う。また、反対側の外部電極ランド15上にはそれぞれ外部電極16が形成されており、最終的な電子機器の実装基板と接合する役割を果たす。
In FIG. 1, in the first embodiment, a
上側となる半導体装置10bは、第2キャリア基板20を備え、第2キャリア基板20両面には、配線ランド24と第2接合ランド25が形成されている。なお、図示はしていないが、第2キャリア基板20内部には、電気特性を得るための内部金属配線が形成されている。そして、第2キャリア基板20の配線ランド24が形成されている面には、第2半導体素子21が第2接着層22を介して接合されており、さらには第2半導体素子21と配線ランド24が金属細線23によって電気的につながっている(ワイヤーボンド接合)。また、反対側の第2接合ランド25上にはそれぞれ中間電極26となる外部電極が形成されている。半導体装置10bの外部電極としては、はんだ材料を使用し、はんだボールやはんだバンプ等とする。また、第2半導体素子21を含めて第2キャリア基板全体を覆うように第2封止樹脂29が形成されている。
The
さらに、半導体装置10aと半導体装置10bの間には絶縁層17を備えている。この絶縁層17は、中間電極26と同じ配置で開口部18を備えており、中間電極26はこの絶縁層の開口部18中に半導体装置10bの外部電極を溶融して形成されており、第1接合ランド14と接合部27を介して接合され、また、第2接合ランド25とも接合部28を介して接合されている。なお、第1キャリア基板11および第2キャリア基板20としては、例えば、両面基板、多層配線基板、ビルドアップ基板、ALIVH基板、テープ基板またはフィルム基板などを用いることができ、材質としては、例えば、ガラスエポキシ樹脂、BTレジン、アラミド、ポリイミド樹脂、セラミックなどを用いることができる。
Further, an insulating
ここで、絶縁層の開口部18は、半導体装置10aおよび半導体装置10bの反りによるそれぞれの開口部での半導体装置10aと半導体装置10bとの間隔に合わせて、第1キャリア基板11の中央部から外周部にかけて高さを変化させ、あらかじめ定められた体積となるように形成された半導体装置10bの外部電極を溶融して成る中間電極26の体積と合わせるために、開口径を調整して、半導体装置10aと半導体装置10bとの間隔に対応した開口径と絶縁層の厚みを確保している。例えば、半導体装置10aが上側に凸に反り、半導体装置10bは反りがない場合、中心部よりも外周部にいくほど絶縁層の開口部18の径を小さくし、また、絶縁層17の厚みを厚くする。逆に、半導体装置10aが反対側に反った場合は、中心部よりも外周部にいくほど絶縁層の開口部18を大きくし、また、絶縁層17の厚みを薄くする。
Here, the
このように、半導体装置間の間隔に対応する中間電極の高さになるように、開口部の体積を一定にしながら絶縁層に形成する開口部の高さと開口径を調整することにより、半導体装置10aおよび半導体装置10bの反りによって発生する第1キャリア基板11と第2キャリア基板20との間隔の不均一性から、間隔が最大となる箇所においても、あらかじめ形成された半導体装置の積層に際しても、安定的な中間電極26を介した接合(積層)が可能となり、半導体装置の反りを考慮しつつ、3次元実装時の接合歩留り、接合強度・信頼性を向上させることができる。
Thus, by adjusting the height and opening diameter of the opening formed in the insulating layer while keeping the volume of the opening constant so as to be the height of the intermediate electrode corresponding to the interval between the semiconductor devices, the
図2は本発明の第2実施形態に係る積層型半導体装置の断面図である。図2において、基本的な構成は第1実施形態と同じであるが、さらに、第2接合部28側の絶縁層の開口部18にテーパ部19を備えている。この絶縁層のテーパ部19も半導体装置10aおよび半導体装置10bの反りに合わせて半導体装置10bの各々の外部電極が開口部に安定して接触するように、第1キャリア基板11の中央部から外周部にかけてテーパ角度を変化させている。例えば、半導体装置10aが上側に凸に反り、半導体装置10bは反りがない場合、中心部よりも外周部にいくほど絶縁層のテーパ部19の角度を大きくする。逆に、半導体装置10aが反対側に反った場合は、中心部よりも外周部にいくほど絶縁層のテーパ部19の角度を小さくする。
FIG. 2 is a cross-sectional view of a stacked semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 2, the basic configuration is the same as that of the first embodiment, but a tapered
このように、接合部28にテーパを設けることにより、半導体装置10a上に半導体装置10bをマウントする際に、開口部18への外部端子36先端部の入り込みを深くし、なおかつ、テーパ角度を変化させることによって、開口部18への外部端子36先端部の入り込み深さを2つの半導体装置の反りに対応させて調整し、2つの半導体装置の反りに影響を受けずに、絶縁層の開口部18上に中間電極26となる半導体装置10bの外部電極をより安定的、かつ均一に接触(マウント)させることが可能となる。
Thus, by providing a taper at the
なお、上記の実施形態では、第1半導体素子12をフリップチップ実装とし、第2半導体素子21をワイヤーボンド接合としているが、両者ともどちらの接合方法を採用しても何ら問題ない。また、フリップチップ実装としては、NCF接合の他に、NCP(Nonconductive Paste)、ACF(Anisotropic conductive Film)やACP(Anisotropic conductive Paste)を用いても構わない。また、第1半導体素子12および第2半導体素子21ともに1個しか図示していないが、複数の半導体素子を上下方向に積層、または並列に接合しても構わない。このとき、半導体素子に限らず、小型の電子部品を半導体素子と合わせて接合しても構わず、搭載する電子部品の組み合わせは任意である。また、封止樹脂についても、信頼性上問題なければ、第2封止樹脂29は無くても構わない。逆に、図3の本発明の第3実施形態に係る積層型半導体装置の断面図に示すように、第1半導体素子上に、中間電極26の領域に影響しない程度で第1封止樹脂30を形成しても構わない。
In the above-described embodiment, the
また、上記の実施形態では、半導体装置10bに反りはなく、半導体装置10aが上側に凸に反った場合と下側に反った場合を例に挙げて説明したが、この他、半導体装置10bにも反りが発生することを含め、すべての反り状態の組み合わせにおいても、開口部の体積が一定となるように開口径と高さを調節して、半導体素子間の間隔に対応することが可能である。
In the above embodiment, the
次に、本発明における実施形態に係る半導体装置の製造方法について図面を参照しながら説明する。図4は本発明における第1実施形態に係る積層型半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。また、図5は本発明における第2実施形態に係る積層型半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。 Next, a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 4 is a process sectional view showing the method for manufacturing the stacked semiconductor device according to the first embodiment of the invention. FIG. 5 is a process sectional view showing the method for manufacturing the stacked semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.
図4(a)に示すように、まず、組立完了した半導体装置10aを準備する。また、図示していないが、同様に組立完了した半導体装置10bも準備する(半導体装置10aおよび半導体装置10bの製造方法は公知の技術のため記載省略)。この時、両半導体装置の反りを計測しておく。なお、半導体装置10bの外部端子の体積は所定の大きさに統一して形成されている。
As shown in FIG. 4A, first, the assembled
次に、図4(b)に示すように、半導体装置10aの第1半導体装置12が実装されている側に、絶縁層の開口部18と第1接合ランド14をそれぞれ位置合わせして、絶縁層17を形成する。例えば、あらかじめ半導体装置10aおよび10bの反りを考慮して絶縁層の厚みおよび開口部18が制御された絶縁層17を貼り付けるか、もしくは、半導体装置10aに厚みを調整した絶縁層17を貼り付けた後に、開口部18をレーザー加工やフォトリソグラフィ工法によって開口部18を形成してもよい。ここで、絶縁層の開口部18の高さは、半導体装置10aおよび半導体装置10bの反りに合わせて、第1キャリア基板11の中央部から外周部にかけて、半導体装置10bの反りによる半導体装置10aと半導体装置10bの間隔の差分だけ変化させている。ただし、開口部18に半導体基板10bの外部電極36を溶融して中間電極26を形成するため、中間電極26の体積と絶縁層の開口部18の体積をすべて同一とする必要があり、半導体装置10aおよび10bの反りに合わせて開口径を変化させる。例えば、半導体装置10aが上側に凸に反り、半導体装置10bは反りがない場合、中心部よりも外周部にいくほど絶縁層の開口部18の径を小さくし、また、絶縁層17の厚みを厚くする。逆に、半導体装置10aが反対側に反った場合は、中心部よりも外周部にいくほど絶縁層の開口部18を大きくし、また、絶縁層17の厚みを薄くする。
Next, as shown in FIG. 4B, the
次に、図4(c)に示すように、絶縁層17を備えた半導体装置10a上に、外部端子36と絶縁層の開口部18をそれぞれ位置合わせして半導体装置10bをマウントする。
このとき、外部端子36表面および第1接合ランド14表面の不純物除去のため、フラックス等の表面活性剤31を絶縁層の開口部18に塗布もしくはピン転写しておく。また、外部端子36表面にも同様にフラックス等の表面活性剤を塗布もしくは転写しておく。そして、2つの半導体装置10aおよび半導体装置10bをマウントした状態で、リフロー炉等の高温加熱装置によって所望の温度プロファイルにて加熱する。この加熱によって、外部端子36が融点以上まで温度上昇して溶融すると、毛細管現象により、外部端子36がそれぞれ絶縁層の開口部18に流れ込んで中間電極26を形成する。そして、常温まで冷却後は、図4(d)に示すように、中間電極26を介して半導体装置10a上に半導体装置10bが接合(積層)される。
Next, as shown in FIG. 4C, the
At this time, in order to remove impurities on the surface of the
図5においても同様の製造方法であるが、絶縁層の開口部にテーパ部19を設けているため、図5(c)において、半導体装置10a上に半導体装置10bをマウントする際に、開口部18への外部端子36先端部の入り込みを深くし、なおかつ、テーパ角度を変化させることによって、開口部18への外部端子36先端部の入り込み深さを2つの半導体装置の反りに対応させて調整し、2つの半導体装置の反りに影響を受けずに、絶縁層の開口部18上に外部端子36をより安定的、かつ均一に接触(マウント)させることが可能となる。
Although the manufacturing method is the same in FIG. 5, since the tapered
なお、上記の製造方法において、半導体装置10bに反りはなく、半導体装置10aが上側に凸に反った場合と下側に反った場合を例に挙げて説明したが、この他、半導体装置10bにも反りが発生することを含め、すべての反り状態の組み合わせにおいても同様に、半導体装置間の間隔に応じて、一定体積の開口部の開口径および高さ、さらには、テーパを調整することが可能である。
In the above manufacturing method, the
また、外部端子36はあらかじめ半導体装置10bに形成され、絶縁層17は半導体装置10a上に形成されているが、反対の構成としても構わない。つまり、外部端子36はあらかじめ半導体装置10aの第1接合ランド14上に形成され、絶縁層17は半導体装置10bに形成されても構わない。
Further, although the
このように、半導体装置間の間隔に応じて、絶縁層の中間電極を形成する領域である開口部の開口径および高さを、所定の体積になるように調整することにより、半導体装置10aおよび半導体装置10bの反りによって発生する第1キャリア基板11と第2キャリア基板20との間隔の不均一性から、間隔が最大となる箇所においても、絶縁層の開口部18の開口径および絶縁層17の厚みを制御することによって、形成される中間電極26の高さを第1キャリア基板11と第2キャリア基板20との間隔に合わせることにより、安定的な中間電極26を介した接合(積層)が可能となり、また、接合強度・信頼性も向上することができ、半導体装置の反りを考慮しつつ、3次元実装時の接合歩留り、接合強度・信頼性を向上させることができる。
In this way, by adjusting the opening diameter and height of the opening, which is a region for forming the intermediate electrode of the insulating layer, according to the interval between the semiconductor devices, the
本発明は、半導体装置の反りを考慮しつつ、3次元実装時の接合歩留り、接合強度・信頼性を向上させることができ、複数の半導体装置を1つのパッケージに実装する積層型半導体装置及び積層型半導体装置の製造方法等に有用である。 The present invention can improve the junction yield, the junction strength and the reliability at the time of three-dimensional mounting in consideration of the warpage of the semiconductor device, and a stacked semiconductor device and a stacked layer in which a plurality of semiconductor devices are mounted in one package This is useful in a method for manufacturing a type semiconductor device.
10a 半導体装置
10b 半導体装置
11 第1キャリア基板
12 第1半導体素子
13 第1接着層
14 第1接合ランド
15 外部電極ランド
16 外部電極
17 絶縁層
18 開口部
19 テーパ部
20 第2キャリア基板
21 第2半導体素子
22 第2接着層
23 金属細線
24 配線ランド
25 第2接合ランド
26 中間電極
27 接合部
28 接合部
29 第2封止樹脂
30 第1封止樹脂
31 表面活性剤
DESCRIPTION OF
Claims (18)
前記第1半導体装置の接合ランドを露出して前記中間電極の形成位置を前記第2外部電極の体積分だけ開口する開口部を備えた絶縁層を前記第1半導体装置の前記電子部品搭載面上に貼り付ける工程と、
前記第2外部電極と前記開口部を位置合わせして前記第1半導体装置上に前記第2半導体装置を載置する工程と、
加熱により前記第2外部電極を溶融して前記開口部に充填することにより前記中間電極を形成して前記中間電極と前記積層用ランドを電気的に接続する工程と
を有し、開口部の形成に際し、前記第1半導体装置および前記第2半導体装置の反りによる前記第1半導体装置と前記第2半導体装置との間隔に対応して前記中間電極が前記第1半導体装置と前記第2半導体装置とを電気的に接続できるように前記開口部の高さを調整し、さらに、前記開口部の体積が前記第2外部電極の体積と同じになるように前記開口部の高さに対応して前記開口部の開口径を調整することを特徴とする積層型半導体装置の製造方法。 A first semiconductor device having one or more electronic components mounted on a first carrier substrate having a first external electrode and a laminating bonding land, and a second carrier substrate having a second external electrode formed of a solder material A manufacturing method of a stacked semiconductor device in which a second semiconductor device on which a plurality of electronic components are mounted is stacked by electrically connecting an intermediate electrode formed by melting the second external electrode and the bonding land for stacking. And
An insulating layer having an opening that exposes the junction land of the first semiconductor device and opens the formation position of the intermediate electrode by the volume of the second external electrode is provided on the electronic component mounting surface of the first semiconductor device. A process of attaching to,
Placing the second semiconductor device on the first semiconductor device by aligning the second external electrode and the opening; and
Forming the intermediate electrode by melting the second external electrode by heating and filling the opening, and electrically connecting the intermediate electrode and the laminating land, and forming the opening At this time, the intermediate electrode corresponds to an interval between the first semiconductor device and the second semiconductor device due to warpage of the first semiconductor device and the second semiconductor device, and the intermediate electrode is connected to the first semiconductor device and the second semiconductor device. The height of the opening is adjusted so as to be electrically connected, and the volume of the opening corresponds to the height of the opening so that the volume of the opening is the same as the volume of the second external electrode. A method of manufacturing a stacked semiconductor device, wherein the opening diameter of the opening is adjusted.
前記第1半導体装置の前記電子部品搭載面上に絶縁層を貼り付ける工程と、
前記絶縁層に前記第1半導体装置の接合ランドを露出して前記中間電極の形成位置を前記第2外部電極の体積分だけ開口する開口部を形成する工程と、
前記第2外部電極と前記開口部を位置合わせして前記第1半導体装置上に前記第2半導体装置を載置する工程と、
加熱により前記第2外部電極を溶融して前記開口部に充填することにより前記中間電極を形成して前記中間電極と前記積層用ランドを電気的に接続する工程と
を有し、開口部の形成に際し、前記第1半導体装置および前記第2半導体装置の反りによる前記第1半導体装置と前記第2半導体装置との間隔に対応して前記中間電極が前記第1半導体装置と前記第2半導体装置とを電気的に接続できるように前記開口部の高さを調整し、さらに、前記開口部の体積が前記第2外部電極の体積と同じになるように前記開口部の高さに対応して前記開口部の開口径を調整することを特徴とする積層型半導体装置の製造方法。 A first semiconductor device having one or more electronic components mounted on a first carrier substrate having a first external electrode and a laminating bonding land, and a second carrier substrate having a second external electrode formed of a solder material A manufacturing method of a stacked semiconductor device in which a second semiconductor device on which a plurality of electronic components are mounted is stacked by electrically connecting an intermediate electrode formed by melting the second external electrode and the bonding land for stacking. And
Bonding an insulating layer on the electronic component mounting surface of the first semiconductor device;
Exposing a junction land of the first semiconductor device in the insulating layer to form an opening that opens a formation position of the intermediate electrode by a volume of the second external electrode;
Placing the second semiconductor device on the first semiconductor device by aligning the second external electrode and the opening; and
Forming the intermediate electrode by melting the second external electrode by heating and filling the opening, and electrically connecting the intermediate electrode and the laminating land, and forming the opening At this time, the intermediate electrode corresponds to an interval between the first semiconductor device and the second semiconductor device due to warpage of the first semiconductor device and the second semiconductor device, and the intermediate electrode is connected to the first semiconductor device and the second semiconductor device. The height of the opening is adjusted so as to be electrically connected, and the volume of the opening corresponds to the height of the opening so that the volume of the opening is the same as the volume of the second external electrode. A method of manufacturing a stacked semiconductor device, wherein the opening diameter of the opening is adjusted.
前記第1半導体装置の前記電子部品搭載面上に形成される絶縁層と、
前記絶縁層を挟んで前記第1半導体装置と対向する前記絶縁層上に積層され、前記第2積層用接合ランドを備える第2キャリア基板に1または複数の電子部品を搭載する第2半導体装置と、
前記第1半導体装置および前記第2半導体装置の反りによる前記第1半導体装置と前記第2半導体装置との間隔に対応して高さを調整し、前記第1積層用接合ランドと前記第2積層用接合ランドを電気的に接続する中間電極と、
前記絶縁層に前記中間電極と同じ形状で形成された前記中間電極の形成領域となる開口部と
を有し、全ての中間電極の体積が同じになるように前記中間電極の径が高さに対応することを特徴とする積層型半導体装置。 A first semiconductor device having one or more electronic components mounted on a first carrier substrate having a first external electrode and a first lamination junction land;
An insulating layer formed on the electronic component mounting surface of the first semiconductor device;
A second semiconductor device having one or more electronic components mounted on a second carrier substrate that is stacked on the insulating layer facing the first semiconductor device across the insulating layer and includes the second bonding junction land; ,
The height is adjusted in accordance with the distance between the first semiconductor device and the second semiconductor device due to warpage of the first semiconductor device and the second semiconductor device, and the first stacked junction land and the second stacked layer are adjusted. An intermediate electrode for electrically connecting the junction land,
The insulating layer has an opening that is formed in the same shape as the intermediate electrode and serves as a formation region of the intermediate electrode, and the diameter of the intermediate electrode is increased so that the volume of all the intermediate electrodes is the same. A stacked semiconductor device characterized by correspondingly.
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