JP2009218390A - Semiconductor device, and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
【課題】高信頼度で、かつ高密度な半導体装置を提供する。
【解決手段】下段の半導体パッケージ3は基板1に直接実装されて電気的導通が取られており、上段の半導体パッケージ2は、第1スペーサ4を介して基板1に実装されて電気的導通が取られており、上段の半導体パッケージ2と下段の半導体パッケージ3とは、基板1の主面からの高さを互いに異にして、接触することなく基板1の第1の主面および第1の主面と反対側の第2の主面で交互に配置されている。さらに、上段の半導体パッケージ2を構成する半導体素子7と基板1との間に、下段の半導体パッケージ3を構成する半導体素子7の一部が配置され、下段の半導体パッケージ3を構成する半導体素子7と基板1との間に、第1スペーサ4の一部が配置されている。
【選択図】図1A high-reliability and high-density semiconductor device is provided.
A lower semiconductor package 3 is directly mounted on a substrate 1 for electrical continuity, and an upper semiconductor package 2 is mounted on a substrate 1 via a first spacer 4 for electrical continuity. The upper semiconductor package 2 and the lower semiconductor package 3 are different from each other in height from the main surface of the substrate 1, and the first main surface of the substrate 1 and the first semiconductor package 3 are not in contact with each other. The second main surface opposite to the main surface is alternately arranged. Further, a part of the semiconductor element 7 constituting the lower semiconductor package 3 is arranged between the semiconductor element 7 constituting the upper semiconductor package 2 and the substrate 1, and the semiconductor element 7 constituting the lower semiconductor package 3 is arranged. A part of the first spacer 4 is disposed between the substrate 1 and the substrate 1.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、半導体装置およびその製造技術に関し、特に、複数の半導体チップを実装基板上に搭載した半導体装置およびその製造に適用して有効な技術に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing technique thereof, and more particularly to a semiconductor device in which a plurality of semiconductor chips are mounted on a mounting substrate and a technique effective when applied to the manufacturing thereof.
大型コンピュータ、パーソナルコンピュータ、携帯機器などの様々な情報機器は、年々高性能化や小型化が進んでいる。そのため、これらの機器に搭載される半導体素子が大きくなる一方で、半導体素子を実装する基板の面積は小さくなっており、限られた基板面積に大きな半導体素子を数多く搭載することが市場から強く求められている。この市場要求を満たす手法として、基板上に搭載された半導体素子の上にさらに複数の半導体素子を積層する技術や、複数の半導体素子をそれぞれ基板から異なる高さに配置して実装する技術などが開発されている。 Various information devices such as large computers, personal computers, and portable devices have been improved in performance and miniaturization year by year. For this reason, while the semiconductor elements mounted on these devices have increased, the area of the substrate on which the semiconductor elements are mounted has been reduced, and there is a strong demand from the market to mount many large semiconductor elements on a limited substrate area. It has been. Techniques for meeting this market requirement include a technique for stacking a plurality of semiconductor elements on a semiconductor element mounted on a substrate, and a technique for mounting a plurality of semiconductor elements at different heights from the substrate. Has been developed.
例えば特開2002−176135号公報(特許文献1)には、絶縁材料の一方の主面に半導体チップが実装され、他方の主面に放熱用のめっき膜が形成された半導体モジュールを製造し、これをインターポーザ上に積層していく際、めっき膜上にペーストを滴下し、めっき膜と半導体チップとを熱的に接続することにより、放熱特性に優れた積層型半導体装置を製造する技術が開示されている。 For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-176135 (Patent Document 1), a semiconductor module in which a semiconductor chip is mounted on one main surface of an insulating material and a plating film for heat dissipation is formed on the other main surface is manufactured. Disclosed is a technology for manufacturing a laminated semiconductor device having excellent heat dissipation characteristics by dropping a paste on a plating film and thermally connecting the plating film and a semiconductor chip when laminating this on an interposer. Has been.
また、特開平8−236694号公報(特許文献2)には、配線導体が形成されたキャリアに微小バンプを介してLSIチップを実装し、封止樹脂を注入し、そしてLSIチップを研磨により薄くした後、配線導体に電気的に接続するスルーホールを介してキャリア接続用バンプで各キャリアを接続することにより形成される三次元スタックモジュールが開示されている。 In Japanese Patent Laid-Open No. 8-236694 (Patent Document 2), an LSI chip is mounted on a carrier on which a wiring conductor is formed via fine bumps, a sealing resin is injected, and the LSI chip is thinned by polishing. After that, a three-dimensional stack module formed by connecting each carrier with a carrier connection bump through a through hole electrically connected to a wiring conductor is disclosed.
また、特開2000−286380号公報(特許文献3)には、半田接続したシングルキャリアの積層間に樹脂を充填してスタック組立品を構成すると共に、スタック組立品をマザーボードに半田接続し、それらの間に樹脂を充填した半導体実装構造が開示されている。 Japanese Patent Laid-Open No. 2000-286380 (Patent Document 3) discloses that a stack assembly is formed by filling a resin between layers of solder-connected single carriers, and the stack assembly is solder-connected to a motherboard. A semiconductor mounting structure filled with a resin is disclosed.
また、特開2004−335624号公報(特許文献4)には、第1の半導体パッケージと実装基板、および第1の半導体パッケージと第2の半導体パッケージとを有機材料からなる接着層で接合した半導体モジュールが開示されている。 Japanese Patent Laying-Open No. 2004-335624 (Patent Document 4) discloses a semiconductor in which a first semiconductor package and a mounting substrate, and a first semiconductor package and a second semiconductor package are bonded with an adhesive layer made of an organic material. A module is disclosed.
また、特開2006−278863号公報(特許文献5)には、個別半導体パッケージを複数積層して構成された積層半導体パッケージと、この積層半導体パッケージを搭載したベース基板とを備える半導体装置が記載されており、個別半導体パッケージは、半導体素子に固定された配線部材の少なくとも配線を半導体素子の片側のみから延ばしてベースに接続している。 Japanese Patent Laying-Open No. 2006-278863 (Patent Document 5) describes a semiconductor device including a stacked semiconductor package configured by stacking a plurality of individual semiconductor packages and a base substrate on which the stacked semiconductor package is mounted. In the individual semiconductor package, at least the wiring of the wiring member fixed to the semiconductor element extends from only one side of the semiconductor element and is connected to the base.
また、特開平11−40745号公報(特許文献6)には、パッケージの側面から並んで複数のリードを突出させ、かつ配線基板に重ねて実装された複数の半導体装置が記載されており、各半導体装置のリードの突出長さは同一長さであり、一の半導体装置の各リードの少なくとも実装端部は相互に重ね合わされる状態で他の半導体装置のリードの実装端部の横に並ぶように構成されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-40745 (Patent Document 6) describes a plurality of semiconductor devices in which a plurality of leads protrude from a side surface of a package and are stacked on a wiring board. The protruding lengths of the leads of the semiconductor device are the same length, and at least the mounting end portions of the leads of one semiconductor device are arranged next to the mounting end portions of the leads of the other semiconductor devices in a state where they are overlapped with each other. It is configured.
また、特開2004−63777号公報(特許文献7)には、TCP型半導体装置のベース部材である絶縁性フィルムと基板の接続部とが重ならないように絶縁性フィルムの外側に基板の接続部を設ける、半導体チップと向かい合うリードの部分を封止樹脂で覆う、または半導体チップの下部のリードに樹脂を塗布する手段により、電子装置の半田接続部の寿命の確保が可能であることが述べられている。
本発明者らは、限られた基板面積に多くの半導体素子を搭載する方法として、隣り合う半導体素子を基板からの高さを変えて互い違いに搭載する手法を検討している。しかしながら、上記手法においては、搭載する半導体素子の厚さが厚い場合には以下の課題が懸念される。例えばガラスエポキシ樹脂(ガラス繊維製の布(ガラスクロス)を重ねたものにエポキシ樹脂を含浸させて固めたもの)からなる基板の熱膨張係数が半導体素子の熱膨張係数よりも5〜6倍程度大きいため、使用時の熱や環境温度の変化などによって、基板と半導体素子との熱変形差に起因する熱負荷が、両者を接続する半田接続部に生じる。この熱負荷は半導体素子が厚く剛性が大きいほど増すため、半導体素子が厚い場合には、半田接続部の信頼性の低下が考えられる。さらに、半導体素子が厚い場合には、実装後の高さが高くなるため、小型機器への搭載が難しくなる。 The present inventors are examining a method of alternately mounting adjacent semiconductor elements by changing the height from the substrate as a method of mounting many semiconductor elements on a limited substrate area. However, in the above method, the following problems are concerned when the thickness of the semiconductor element to be mounted is large. For example, the thermal expansion coefficient of a substrate made of glass epoxy resin (solidified by impregnating epoxy resin on a glass fiber cloth (glass cloth) stacked) is about 5 to 6 times that of a semiconductor element. Therefore, a thermal load caused by a thermal deformation difference between the substrate and the semiconductor element is generated in a solder connection portion that connects the two due to heat during use, changes in environmental temperature, and the like. The heat load increases as the semiconductor element is thicker and more rigid. Therefore, when the semiconductor element is thick, the reliability of the solder connection portion may be lowered. Furthermore, when the semiconductor element is thick, the height after mounting becomes high, so that mounting on a small device becomes difficult.
また、上記手法においては、搭載する半導体素子の厚さが薄い場合には以下の課題が懸念される。例えば半導体素子の組み立て時や使用時には、半導体素子に外力が作用することがある。薄い半導体素子に外力が作用した場合、半導体素子に割れが生じて動作不良を起こすことが考えられる。 In the above method, the following problems are concerned when the semiconductor element to be mounted is thin. For example, an external force may act on the semiconductor element when the semiconductor element is assembled or used. When an external force is applied to a thin semiconductor element, it is considered that the semiconductor element is cracked to cause a malfunction.
本発明の目的は、高信頼度で、かつ高密度な半導体装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a semiconductor device with high reliability and high density.
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。 The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
本願において開示される発明のうち、一実施例を簡単に説明すれば、次のとおりである。 An embodiment of the invention disclosed in the present application will be briefly described as follows.
本実施例は、基板の第1の主面と、第1の主面と反対側の第2の主面とに、それぞれ2個の上段の半導体パッケージおよび3個の下段の半導体パッケージを実装する半導体装置である。下段の半導体パッケージは基板に直接実装されて電気的導通が取られており、上段の半導体パッケージは、スペーサを介して基板に実装されて電気的導通が取られており、上段の半導体パッケージと下段の半導体パッケージとは、基板の主面からの高さを互いに異にして、接触することなく基板の主面で交互に配置されている。さらに、上段の半導体パッケージを構成する半導体素子と基板との間に、下段の半導体パッケージを構成する半導体素子の一部が配置され、下段の半導体パッケージを構成する半導体素子と基板との間に、スペーサの一部が配置されている。 In this embodiment, two upper semiconductor packages and three lower semiconductor packages are mounted on the first main surface of the substrate and the second main surface opposite to the first main surface, respectively. It is a semiconductor device. The lower semiconductor package is directly mounted on the substrate to establish electrical continuity, and the upper semiconductor package is mounted on the substrate via a spacer to provide electrical continuity. The semiconductor packages are arranged alternately on the main surface of the substrate without contacting each other with different heights from the main surface of the substrate. Further, a part of the semiconductor element constituting the lower semiconductor package is disposed between the semiconductor element constituting the upper semiconductor package and the substrate, and between the semiconductor element constituting the lower semiconductor package and the substrate, A part of the spacer is arranged.
本実施例は、基板の第1の主面と、第1の主面と反対側の第2の主面とに、それぞれ2個の上段の半導体パッケージおよび3個の下段の半導体パッケージを実装する半導体装置の製造方法である。まず、基板の主面の所定の領域にスペーサを配置した後、下段の半導体パッケージを構成する半導体素子と基板との間にスペーサの一部が配置するように、基板の主面の所定の領域に下段の半導体パッケージを配置し、続いて上段の半導体パッケージを構成する半導体素子とスペーサの第1面との間に下段の半導体パッケージを構成する半導体素子の一部が配置するように、スペーサの第1面に上段の半導体パッケージを配置する。その後、下段および上段の半導体パッケージを配置した基板を所定の温度まで昇温して冷却することにより、下段の半導体パッケージを基板の主面に接合し、上段の半導体パッケージをスペーサの第1面に接合する。 In this embodiment, two upper semiconductor packages and three lower semiconductor packages are mounted on the first main surface of the substrate and the second main surface opposite to the first main surface, respectively. A method for manufacturing a semiconductor device. First, after a spacer is arranged in a predetermined region of the main surface of the substrate, a predetermined region of the main surface of the substrate is arranged so that a part of the spacer is arranged between the semiconductor element constituting the lower semiconductor package and the substrate. The lower semiconductor package is disposed on the first semiconductor package, and then a part of the semiconductor element constituting the lower semiconductor package is disposed between the semiconductor element constituting the upper semiconductor package and the first surface of the spacer. An upper semiconductor package is disposed on the first surface. Thereafter, the substrate on which the lower and upper semiconductor packages are arranged is heated to a predetermined temperature and cooled to join the lower semiconductor package to the main surface of the substrate, and the upper semiconductor package is attached to the first surface of the spacer. Join.
本願において開示される発明のうち、一実施例によって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。 Among the inventions disclosed in the present application, the effects obtained by one embodiment will be briefly described as follows.
半導体パッケージを構成する半導体素子に対して、外力により発生する応力が低減するので、半導体素子の割れを防止することができる。また、薄い半導体素子を用いることが可能となるので、半導体パッケージを実装した後の半導体装置の高さを低くすることができる。これらにより、高信頼度で、かつ高密度な半導体装置を提供することができる。 Since the stress generated by the external force is reduced with respect to the semiconductor element constituting the semiconductor package, the semiconductor element can be prevented from cracking. Further, since a thin semiconductor element can be used, the height of the semiconductor device after the semiconductor package is mounted can be reduced. As a result, a highly reliable and high-density semiconductor device can be provided.
本実施の形態において、便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。 In this embodiment, when it is necessary for the sake of convenience, the description will be divided into a plurality of sections or embodiments. However, unless otherwise specified, they are not irrelevant to each other. Some or all of the modifications, details, supplementary explanations, and the like are related.
また、本実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。さらに、本実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、本実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。 Further, in this embodiment, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), unless otherwise specified, or in principle limited to a specific number in principle. The number is not limited to the specific number, and may be a specific number or more. Further, in the present embodiment, the constituent elements (including element steps and the like) are not necessarily essential unless particularly specified and apparently essential in principle. Yes. Similarly, in this embodiment, when referring to the shape, positional relationship, etc. of the component, etc., the shape, etc. substantially, unless otherwise specified, or otherwise considered in principle. It shall include those that are approximate or similar to. The same applies to the above numerical values and ranges.
また、本実施の形態で用いる図面においては、平面図であっても図面を見易くするためにハッチングを付す場合もある。また、本実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。 In the drawings used in the present embodiment, hatching may be added even in a plan view for easy understanding of the drawings. In all the drawings for explaining the embodiments, components having the same function are denoted by the same reference numerals in principle, and repeated description thereof is omitted. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(実施の形態1)
本発明の実施の形態1による半導体装置について、図1を用いて説明する。図1(a)は本実施の形態1による半導体装置の要部上面図、図1(b)は本実施の形態1による半導体装置の要部側面図である。
(Embodiment 1)
A semiconductor device according to
本実施の形態1では、基板1の第1の主面と、第1の主面と反対側の第2の主面とに、それぞれ2個の上段の半導体パッケージ2および3個の下段の半導体パッケージ3を実装し、基板1の主面に合計10個の半導体パッケージを実装する半導体装置を例示している。
In the first embodiment, two
下段の半導体パッケージ3は、基板1に直接実装されて電気的導通が取られている。一方、上段の半導体パッケージ2は、第1スペーサ4を介して基板1に実装されて電気的導通が取られている。さらに、基板1には端子5が設けられており、外部との信号の授受を可能にしている。
The
下段の半導体パッケージ3が基板1の第1の主面の中央部と両端部とに配置されており、上段の半導体パッケージ2と下段の半導体パッケージ3とは、基板1の第1の主面からの高さを互いに異にして、接触することなく基板1の第1の主面で交互に配置されている。同様に、下段の半導体パッケージ3が基板1の第2の主面の中央部と両端部とに配置されており、上段の半導体パッケージ2と下段の半導体パッケージ3とは、基板1の第2の主面からの高さを互いに異にして、接触することなく基板1の第2の主面で交互に配置されている。
The
これにより、大きな面積を有する上段または下段の半導体パッケージ2,3であっても、隣り合う上段の半導体パッケージ2と下段の半導体パッケージ3との互いの間隔を短くして搭載することができる。上段の半導体パッケージ2と下段の半導体パッケージ3との搭載位置の間隔は、例えば11mmである。上段の半導体パッケージ2は、下段の半導体パッケージ3よりも基板1から遠い位置に実装されるが、基板1の主面と上段の半導体パッケージ2との距離は第1スペーサ4の厚さ分だけであり、伝送経路は短いので、高速での信号授受が可能である。
As a result, even if the upper or
さらに、第1スペーサ4の一部が下段の半導体パッケージ3の端部側の下部に配置されている。また、基板1の両端部に位置する下段の半導体パッケージ3の端部側の下部にも第2スペーサ6が配置されている。
Further, a part of the
基板1は、内部にビアで接続された6層または8層の配線パターンを有するガラスエポキシ基板であり、その厚さは、例えば1.2mmである。第1スペーサ4は、ビアで接続された2層の配線パターンをその両面に有するガラスエポキシ基板であり、その厚さは、例えば0.3mmである。第1スペーサ4は、半田を用いて基板1および上段の半導体パッケージ2にそれぞれ接合されている。基板1の両端部に位置する第2スペーサ6は、第1スペーサ4と同等の厚さを有する部材である。但し、第2スペーサ6は、第1スペーサ4と異なり、基板1または上段の半導体パッケージ2と電気的導通を取る必要がないため、第1スペーサ4よりも安価な樹脂材料で構成することができる。また、第2スペーサ6に替えて、第1スペーサ4と同等の厚さを有するコンデンサ部品などの受動部品を用いることも可能である。上段の半導体パッケージ2と下段の半導体パッケージ3との搭載される位置は互いに異なるが、部材の構成は同じである。
The
次に、本実施の形態1による半導体パッケージの構成について、図2を用いて説明する。図2(a)は本実施の形態1による半導体パッケージの要部上面図、図2(b)は本実施の形態1による半導体パッケージの要部側面図である。 Next, the configuration of the semiconductor package according to the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2A is a top view of the main part of the semiconductor package according to the first embodiment, and FIG. 2B is a side view of the main part of the semiconductor package according to the first embodiment.
上段または下段の半導体パッケージ2,3を構成する半導体素子7は、例えばDRAMであり、その平面寸法は、例えば7mm×12mm、その厚さは、例えば0.1〜0.2mmである。半導体素子7の回路形成面の一方向に沿った中央部には、複数の端子8が並んで配置されている。端子8の主材料は、例えば金であり、隣り合う端子8の間隔は、例えば0.07mmである。
The
半導体素子7の回路形成面側には、複数の端子8を介して、両面(第1面および第1面と反対側の第2面)に銅膜からなる配線パターンを有するポリイミド製の配線部材9が配置されている。配線部材9の平面寸法は、例えば3mm×11.5mm、その厚さは、例えば0.04mmであり、半導体素子7の平面寸法よりも小さい。配線パターンの表面はニッケル膜で覆われており、さらにニッケル膜の一部はソルダレジスト膜で覆われており、配線パターンを構成する銅膜の腐食や電気的短絡を防止している。また、両面の配線パターンは、ポリイミドを貫通するビアによって電気的導通が取られている。半導体素子7に備わる複数の端子8は配線部材9の第1面に形成された配線パターンと電気的および力学的に接合され、その接合部は封止樹脂10によって封止されており、接合部の信頼性を確保している。封止樹脂10には、例えばエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、エラストマー樹脂またはシリコーン樹脂などを用いることができる。配線部材9の第2面に形成された配線パターンには、複数の半田ボール11が接続されている。隣り合う半田ボール11の間隔は、例えば0.5mmである。半田ボール11には、例えば直径が0.2〜0.3mmの錫−銀−銅合金を主成分とする材料が用いられている。半田ボール11を用いて半導体パッケージ2を第1スペーサ4に接合し、半導体パッケージ3を基板1に接合することにより、半導体装置として機能させることができる。
On the circuit forming surface side of the
本実施の形態1による半導体装置は、前述したように、第1または第2スペーサの一部が、下段の半導体パッケージ3の下部に位置しており、これによって、半導体素子7の割れを防止し、半田接続部の高い信頼性を確保すると同時に、高密度な実装を可能としている。
In the semiconductor device according to the first embodiment, as described above, a part of the first or second spacer is located below the
次に、本実施の形態1により得られる効果について、図3〜図7を用いて説明する。図3(a)および(b)は、それぞれ第1および第2スペーサの一部が下段の半導体パッケージの端部側の下部に無い半導体装置の要部上面図および要部側面図、図4は第1スペーサの一部が下段の半導体パッケージの端部側の下部に無い半導体装置の下段の半導体パッケージの拡大側面図、図5は第1スペーサの一部が下段の半導体パッケージの端部側の下部に有る半導体装置の下段の半導体パッケージの拡大側面図、図6は半田相当非線形歪み範囲と半導体素子の厚さとの関係を説明するグラフ図、図7は半田接続寿命(相対値)と半導体素子の厚さとの関係を説明するグラフ図である。 Next, the effect obtained by the first embodiment will be described with reference to FIGS. FIGS. 3A and 3B are a top view and a side view of a principal part of a semiconductor device in which a part of the first and second spacers is not located at the lower part on the end part side of the lower semiconductor package, respectively. FIG. 5 is an enlarged side view of a lower semiconductor package of a semiconductor device in which a part of the first spacer is not in the lower part on the end side of the lower semiconductor package. FIG. FIG. 6 is a graph illustrating the relationship between the solder equivalent nonlinear distortion range and the thickness of the semiconductor element, and FIG. 7 is a solder connection life (relative value) and the semiconductor element. It is a graph explaining the relationship with the thickness.
図3に示すように、基板1の主面に前述した第1または第2スペーサ4,6を配置しない場合は、下段の半導体パッケージ3を構成する半導体素子7の基板1側の面と基板1の主面との間に、0.4〜0.5mm程度の空間が生じる。
As shown in FIG. 3, when the first or
図4に示すように、配線部材9から突出する半導体素子7の長さ(オーバーハング部の長さ)をL、半導体素子7の厚さをh、組み立て時や使用時に半導体パッケージに作用する外力をWとし、紙面奥行き方向の半導体素子7の長さをbとする。外力Wが作用する箇所は特定できないが、同じ大きさの外力が作用したときに半導体素子7に発生する応力が最も大きくなるのは半導体素子7の端部に外力が作用したときである。このとき、オーバーハング部の配線部材9の端部側を固定端、半導体素子7の端部側を自由端の片持ちはりと考えると、半導体素子7に発生する最大曲げモーメントMmaxは次式となる。
As shown in FIG. 4, the length of the
また、半導体素子7に発生する最大曲げ応力σmaxは次式で表される。
Further, the maximum bending stress σ max generated in the
一方、図5に示すように、半導体素子7のオーバーハング部の下部の一部に第1スペーサ4が配置された場合(ここでは、第1スペーサ4を代表例として記載し、第2スペーサ6に係る効果の説明は省略するが、第2スペーサ6が配置された場合も同様の効果を有する)、第1スペーサ4の上部に外力Wが作用しても半導体素子7には圧縮応力が発生するのみで、半導体素子7の割れの原因となる曲げ応力は発生しない。外力Wが第1スペーサ4の無い箇所に作用した場合に半導体素子7に発生する曲げ応力は、配線部材9の端部側を固定端、第1スペーサ4の端部側を単純支持端と考えると、荷重作用箇所での曲げモーメントは次式で表される。
On the other hand, as shown in FIG. 5, when the
また、固定端での曲げモーメントは次式である。 The bending moment at the fixed end is given by
なお、本条件においても、最大曲げモーメントMmaxと最大曲げ応力σmaxとの関係は上記式(2)で示される。このとき、曲げモーメントの絶対値が最大となるのはL2=L1/√3の位置に外力Wが作用した場合の荷重作用箇所に発生する曲げモーメントであり、次式で表される。 Even in this condition, the relationship between the maximum bending moment M max and the maximum bending stress σ max is expressed by the above equation (2). At this time, the absolute value of the bending moment is maximized when the external force W is applied at the position of L 2 = L 1 / √3, and is expressed by the following equation.
このとき、半導体素子7に発生する最大曲げ応力σmaxは次式となる。
At this time, the maximum bending stress σ max generated in the
上記式(2)と上記式(6)とを比較すると、半導体素子7のオーバーハング部の下部の一部に第1スペーサ4を配置した場合の最大曲げ応力σmaxと、半導体素子7のオーバーハング部の下部の一部に第1スペーサ4を配置しない場合の最大曲げ応力σmaxとの比は次式となる。
When the above formula (2) and the above formula (6) are compared, the maximum bending stress σ max when the
従って、半導体素子7のオーバーハング部の下部の一部に第1スペーサ4を配置した半導体装置の半導体素子7において発生する曲げ応力は、半導体素子7のオーバーハング部の下部の一部に第1スペーサ4を配置しない半導体装置の半導体素子7において発生する曲げ応力と比べて、第1スペーサ4の端部の位置が半導体素子7の端部近傍(L1≒L)の場合は1/5以下、第1スペーサ4の端部の位置が半導体素子7のオーバーハング部の中央近傍(L1≒L/2)の場合は1/10以下となり、曲げ応力を大幅に低減できるので、高い信頼性を確保することができる。
Therefore, the bending stress generated in the
上段の半導体パッケージ2に外力が作用した場合には、半導体素子7は下段の半導体パッケージ3によって支持されるので、半導体素子7の割れを防止することができる。但し、上段の半導体パッケージ2を構成する半導体素子7と下段の半導体パッケージ3を構成する半導体素子7との間の空間が大きい場合には半導体素子7の割れ防止効果を得ることができないので、空間が小さくなるように半導体装置を構成する必要がある。
When an external force is applied to the
ところで、上記式(2)に示したように、曲げ応力は半導体素子7の厚さの2乗に反比例する。半導体素子7のオーバーハング部の下部の一部に第1スペーサ4を配置した半導体装置では曲げ応力に対する裕度が大きいので、半導体素子7のオーバーハング部の下部の一部に第1スペーサ4を配置しない半導体装置よりも半導体素子7の厚さを小さくすることができる。その結果、装置全体が薄く高密度な半導体装置を実現することができる。さらに、半導体素子7が薄くなることで、使用時の熱負荷に対する半田接続部の信頼性を向上することができる。
Incidentally, as shown in the above formula (2), the bending stress is inversely proportional to the square of the thickness of the
次に、半導体素子7が薄くなることによる半田接続部の信頼性の向上について説明する。基板1の線膨張係数が約17ppm/℃であるのに対して、半導体素子7の線膨張係数は約3ppm/℃であり、大きく異なる。そのため、使用時の熱や使用環境温度の変化などによる基板1と半導体素子7との熱変形差は大きく、これらを接続する半田には、大きな歪みが発生する。このとき半導体素子7が薄く剛性が小さい場合には、基板1と半導体素子7との熱変形差を半田の変形だけでなく半導体素子7自身の変形でも吸収するため、半田に発生する歪みは比較的小さくなる。一方、半導体素子7が厚く剛性が大きい場合には、半導体素子7の熱変形差を主に半田の変形だけで吸収するため、半田に発生する歪みは大きくなる。
Next, the improvement in the reliability of the solder connection part due to the
図6に、本実施の形態1による半導体装置(半導体素子7のオーバーハング部の下部の一部に第1スペーサ4を配置した半導体装置)において、半田接続部で発生する歪みと半導体素子の厚さとの関係を有限要素法によって求めた結果のグラフ図を示す。横軸には半導体素子の厚さ、縦軸には半田の低サイクル寿命を支配すると考えられる相当非線形歪み範囲を示す。半導体素子の厚さが厚くなるに従って、半田の相当非線形歪み範囲が大きくなることが確認できる。なお、半田の相当非線形歪み範囲Δεinと低サイクル疲労寿命Nfとの関係は、次式に示すCoffin-Manson則が成り立つことが知られている。
FIG. 6 shows the distortion generated in the solder connection portion and the thickness of the semiconductor element in the semiconductor device according to the first embodiment (semiconductor device in which the
ここで、Cf、αは係数であり、本実施の形態1において用いている錫−銀−銅合金を主成分とする半田の場合、αは略値2である。
Here, C f and α are coefficients, and α is an
図7に、上記式(8)に前述の図6に示した半田相当非線形歪み範囲を代入して求まる半田接続寿命の関係と半導体素子の厚さとの関係を説明するグラフ図を示す。縦軸は半導体素子の厚さが0.1mmのときを1とした場合の相対的な半田接続寿命であり、横軸は半導体素子の厚さである。半導体素子の厚さが薄いほど、半田接続寿命が顕著に増加する。このことから、薄い半導体素子7の使用が可能になることにより、半田接続部において高い信頼性を確保することができる。
FIG. 7 is a graph illustrating the relationship between the solder connection life and the thickness of the semiconductor element obtained by substituting the solder equivalent nonlinear strain range shown in FIG. The vertical axis is the relative solder connection life when the thickness of the semiconductor element is 0.1 mm, and the horizontal axis is the thickness of the semiconductor element. The thinner the semiconductor element is, the more significantly the solder connection life is increased. From this, it becomes possible to use the
このように、本実施の形態1によれば、半導体素子7の割れを防止し、半田接続部の高い信頼性を確保すると同時に、高密度な実装を可能とする半導体装置を提供することができる。
As described above, according to the first embodiment, it is possible to provide a semiconductor device that prevents cracking of the
次に、本実施の形態1による半導体装置を構成する半導体パッケージの製造方法を図8(a)〜図8(d)に示す半導体パッケージの要部側面図を用いて工程順に説明する。 Next, a method for manufacturing a semiconductor package constituting the semiconductor device according to the first embodiment will be described in the order of steps with reference to side views of the main part of the semiconductor package shown in FIGS. 8 (a) to 8 (d).
まず、図8(a)に示すように、半導体素子7を準備する。続いて、図8(b)に示すように、半導体素子7の回路形成面に設けられた端子8を配線部材9の第1面に形成された配線パターンと接合する。本実施の形態1では、半導体素子7に備わる端子8と配線部材9の第1面に形成された配線パターンとは超音波を用いて接合している。
First, as shown in FIG. 8A, a
続いて、図8(c)に示すように、半導体素子7と配線部材9との間に液状の封止樹脂10を流し込み、温度を上昇させて硬化させることで、半導体素子7に備わる端子8と配線部材9の第1面に形成された配線パターンとの接合部を封止する。本実施の形態1では、半導体素子7に備わる端子8と配線部材9の第1面に形成された配線パターンとを接合した後に封止樹脂10を形成したが、半導体素子7に備わる端子8と配線部材9の第1面に形成された配線パターンとの接合前に、硬化前の封止樹脂10を半導体素子7または配線部材9の第1面に設けた後に、接合または樹脂の硬化をさせてもよく、封止に用いる樹脂の特性に応じて選択することができる。
Subsequently, as illustrated in FIG. 8C, the
続いて、図8(d)に示すように、配線部材9の第2面に形成された配線パターンに半田ボール11を接合することにより、半導体パッケージが完成する。
Subsequently, as shown in FIG. 8D, the semiconductor package is completed by bonding the
ここでは、あらかじめ個片化された半導体素子7を用いて製造される半導体パッケージの製造方法を説明したが、本実施の形態1による半導体パッケージでは、配線部材9の平面寸法が半導体素子7よりも小さいので、半導体ウエハの状態で前述した図8(a)〜図8(d)の工程を行った後に、個片化することもできる。
Here, the manufacturing method of the semiconductor package manufactured using the
次に、本実施の形態1による半導体装置の製造方法を図9(a)〜図9(d)および図10(a)〜図10(d)に示す半導体装置の要部側面図を用いて工程順に説明する。 Next, the manufacturing method of the semiconductor device according to the first embodiment will be described with reference to side views of the main part of the semiconductor device shown in FIGS. 9 (a) to 9 (d) and FIGS. 10 (a) to 10 (d). It demonstrates in order of a process.
まず、図9(a)に示すように、基板1を準備し、そして図9(b)に示すように、第1および第2スペーサ4,6を基板1の第1の主面に配置する。このとき、第1および第2スペーサ4,6と基板1の接続部との間に、ペースト状の半田を設けておく。ペースト状の半田の粘性によって、その後の作業中に第1および第2スペーサ4,6の位置のずれを防止することができる。
First, the
続いて、図9(c)に示すように、基板1の第1の主面に下段の半導体パッケージ3を配置する。このとき、下段の半導体パッケージ3と基板1の接続部との間に、ペースト状の半田または活性効果のあるフラックス材料を設けておくことで、その後の作業中に下段の半導体パッケージ3の位置のずれを防止することができる。また、このとき、ペースト状の半田の量や下段の半導体パッケージ3の半田ボール11の大きさを制御することで、実装後の下段の半導体パッケージ3を構成する半導体素子7と第1または第2スペーサ4,6との隙間を小さくすることができる。
Subsequently, as shown in FIG. 9C, the
続いて、図9(d)に示すように、基板1の第1の主面に上段の半導体パッケージ2を配置する。下段の半導体パッケージ3を配置したときと同様に、上段の半導体パッケージ2と基板1の接続部との間に、ペースト状の半田または活性効果のあるフラックス材料を設けておくことで、その後の作業中に上段の半導体パッケージ2の位置のずれを防止することができる。また、このとき、ペースト状の半田の量や上段の半導体パッケージ2の半田ボール11の大きさを制御することで、実装後の上段の半導体パッケージ2を構成する半導体素子7と下段の半導体パッケージ3を構成する半導体素子7との隙間を小さくすることができる。
Subsequently, as shown in FIG. 9D, the
その後、第1および第2スペーサ4,6、下段の半導体パッケージ3および上段の半導体パッケージ2を搭載した基板1を半田の溶融温度以上に昇温することで、第1および第2スペーサ4,6、下段の半導体パッケージ3および上段の半導体パッケージ2は、それぞれ基板1の第1の主面側に半田付けされる。
Thereafter, the first and
続いて、図10(a)〜図10(d)に示すように、基板1の第2の主面(第1の主面と反対側の面)を対象として、前述の図9を用いて説明した方法と同様の順序で、第1および第2スペーサ4,6、下段の半導体パッケージ3および上段の半導体パッケージ2を基板1の第2の主面側に搭載し、基板1を半田の溶融温度以上に昇温することで、第1および第2スペーサ4,6、下段の半導体パッケージ3および上段の半導体パッケージ2は、それぞれ基板1の第2の主面側に半田付けされる。
Subsequently, as shown in FIGS. 10A to 10D, the second main surface of the substrate 1 (surface opposite to the first main surface) is used as an object with reference to FIG. 9 described above. In the same order as described, the first and
基板1を半田の溶融温度以上に昇温したとき、先に半田付けした基板1の第1の主面側の半田も溶融するが、半田の表面張力の作用によって基板1の第1の主面側の第1および第2スペーサ4,6、下段の半導体パッケージ3および上段の半導体パッケージ2が基板1の第1の主面側から落下することは防止できる。以上の工程によって、2回の昇温工程で全ての第1および第2スペーサ4,6、下段の半導体パッケージ3および上段の半導体パッケージ2を基板1の第1の主面側および第2の主面側に半田付けすることができて、半導体装置が略完成する。
When the temperature of the
なお、本実施の形態1では、基板1の両方の主面にそれぞれ複数の半導体パッケージを搭載したが、基板1の一方の主面のみに複数の半導体パッケージを搭載してもよく、この場合は、前述の図9に示した工程のみを行うことで半導体装置を製造することができる。
In the first embodiment, a plurality of semiconductor packages are mounted on both main surfaces of the
(実施の形態2)
本発明の実施の形態2による半導体装置について、図11を用いて説明する。図11(a)は本実施の形態2による半導体装置の要部上面図、図11(b)は本実施の形態2による半導体装置の要部側面図である。前述した実施の形態1による半導体装置と相違する点は、第1および第2スペーサ4,6の第1面に、第1および第2スペーサ4,6よりも約1桁以上低い弾性率、例えば1MPa〜1GPaを有する弾性体12が設けられていることである。
(Embodiment 2)
A semiconductor device according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 11A is a top view of the main part of the semiconductor device according to the second embodiment, and FIG. 11B is a side view of the main part of the semiconductor device according to the second embodiment. The difference from the semiconductor device according to the first embodiment described above is that the first surface of the first and
下段の半導体パッケージ3を構成する半導体素子7のオーバーハング部の下部の一部に第1または第2スペーサ4,6を配置した半導体装置では、外力によって半導体素子7に発生する曲げ応力を低減するには、半導体素子7の基板1側の面の一部を第1または第2スペーサ4,6により力学的に支持する必要がある。そのため、各部材の厚さ誤差や組み立て誤差などによって下段の半導体パッケージ3を構成する半導体素子7と第1または第2スペーサ4,6との間隔が大きくなった場合には、半導体素子7の割れが生じることが懸念される。
In the semiconductor device in which the first or
本実施の形態2では、下段の半導体パッケージ3を構成する半導体素子7のオーバーハング部の下部の一部に位置する第1および第2スペーサ4,6の第1面に弾性体12を設けており、これにより、外力が作用しない段階であっても下段の半導体パッケージ3を構成する半導体素子7と第1または第2スペーサ4,6とは弾性体12を介して物理的に接続される。その結果、外力が作用した場合には弾性体12が圧縮変形をして、半導体素子7の基板1側の面の広い面積を支持できるので、半導体素子7の割れを防止する効果がより得やすくなる。
In the second embodiment, the
第1または第2スペーサ4,6の第1面に設けられる弾性体12の弾性率が低い場合は、外力によって圧縮変形しても半導体素子7に作用する反力が小さくなるので、半導体素子7の割れが防止できないことが考えられる。一方、第1または第2スペーサ4,6の第1面に設けられる弾性体12の弾性率が高い場合は、下段の半導体パッケージ3と基板1とを半田付けする製造工程において、下段の半導体パッケージ3の横方向の移動が制限されて、半田のセルフアライメント効果を十分に得ることが難しくなることが考えられる。また、半導体装置の製造工程において、第1または第2スペーサ4,6の第1面に設けられた弾性体12は、半田の溶融温度以上にさらされるため、耐熱性の高い材料とする必要がある。本実施の形態2では、これらの懸念事項を避けることのできる材料として、第1または第2スペーサ4,6の第1面に設けられる弾性体12にエラストマー樹脂を用いている。但し、エラストマー樹脂に限定されるものではなく、例えばシリコーン樹脂などの他の材料であっても、上記懸念事項を避けることのできるものであれば、弾性体12に使用することができることは言うまでもない。
When the
次に、本実施の形態2による半導体装置の製造方法を図12(a)〜図12(e)に示す半導体装置の要部側面図を用いて説明する。 Next, a method for manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment will be described with reference to side views of the main part of the semiconductor device shown in FIGS. 12 (a) to 12 (e).
前述した実施の形態1による半導体装置の製造方法と相違する点は、図12に示すように、下段の半導体パッケージ3を基板1の第1の主面または第2の主面に配置する前に、基板1の第1の主面または第2の主面に搭載した第1または第2スペーサ4,6の第1面に、弾性体12を接着していることである。
The difference from the semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment described above is that, as shown in FIG. 12, before the
本実施の形態2による半導体装置の製造方法では、下段の半導体パッケージを構成する半導体素子7のオーバーハング部の下部の一部に位置する第1または第2スペーサ4,6の第1面にあらかじめ弾性体12を接着した後、その第1または第2スペーサ4,6を基板1の第1の主面または第2の主面に搭載している。その後、前述した実施の形態1と同様にして、上段および下段の半導体パッケージ2,3の配置や半田付け等を行うことにより、半導体装置が略完成するが、下段の半導体パッケージ3を構成する半導体素子7と第1または第2スペーサ4,6の第1面に設けられた弾性体12とは接着せずに、抵触しているのみである。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment, the first surface of the first or
(実施の形態3)
本発明の実施の形態3による半導体装置について、図13を用いて説明する。図13(a)は本実施の形態3による半導体装置の要部上面図、図13(b)は本実施の形態3による半導体装置の要部側面図である。前述した実施の形態1による半導体装置と相違する点は、上段および下段の半導体パッケージ2,3を構成する半導体素子7の回路形成面、すなわち樹脂により封止されていない半導体素子7の基板1側の面に表面保護部材13が設けられていることである。表面保護部材13には、例えばエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、エラストマー樹脂またはシリコーン樹脂などを用いることができる。
(Embodiment 3)
A semiconductor device according to
半導体素子7の回路形成面に表面保護部材13を設けることにより、前述した実施の形態2と同様に、半導体素子7の基板1側の面と基板1との空間が低減できるので、半導体素子7の割れを防止する効果がより得やすくなる。さらに、半導体素子7の回路形成面が露出せずに保護されるので、光などによる半導体素子7の動作不良などが防止できて、より信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
By providing the
次に、本実施の形態3による半導体パッケージの第1の製造方法を図14(a)〜図14(d)に示す半導体パッケージの要部側面図を用いて説明する。 Next, a first manufacturing method of a semiconductor package according to the third embodiment will be described with reference to side views of the main part of the semiconductor package shown in FIGS. 14 (a) to 14 (d).
前述した実施の形態1による半導体装置の製造方法と相違する点は、図14(c)において、封止樹脂10を形成した後に、半導体素子7の回路形成面に表面保護部材13を塗布していることである。本実施の形態3の半導体パッケージの第1の製造方法では、封止樹脂10を塗布し、硬化させた後に、封止樹脂10により封止されていない半導体素子7の回路形成面に上記封止樹脂10とは異なる材質からなる表面保護部材13を塗布し、硬化させている。
The difference from the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment described above is that, in FIG. 14C, after forming the sealing
封止樹脂10の硬化条件と表面保護部材13の硬化条件とが類似している場合は、一括で硬化させることができる。この場合、樹脂硬化工程を1回にすることができるので、製造コストおよび製造時間の削減が可能となる。その他の半導体パッケージの製造工程は、前述した実施の形態1による上段または下段の半導体パッケージ2,3の製造工程と同様である。また、製造した半導体パッケージを基板1の第1の主面および第2の主面に実装して半導体装置を製造する方法も前述した実施の形態1と同様である。
When the curing conditions of the sealing
次に、本実施の形態3による半導体パッケージの第2の製造方法を図15(a)〜図15(d)に示す半導体パッケージの要部側面図を用いて説明する。 Next, a second method for manufacturing a semiconductor package according to the third embodiment will be described with reference to side views of the main part of the semiconductor package shown in FIGS. 15 (a) to 15 (d).
前述した本実施の形態3の半導体パッケージの第1の製造方法では、封止樹脂10と表面保護部材13とに異なる材料を用いたが、本実施の形態3の半導体パッケージの第2の製造方法では、封止樹脂10と表面保護部材13とに、接合部の封止と半導体素子7の回路形成面の表面保護の両方に適した同じ材料を用い、半導体素子7に備わる複数の端子8と配線部材9の第1面に形成された配線パターンとを接合する前に、半導体素子7の回路形成面の全面に表面保護部材13を塗布することである。
In the first manufacturing method of the semiconductor package of the third embodiment described above, different materials are used for the sealing
本実施の形態3の半導体パッケージの第2の製造方法では、半導体素子7に備わる複数の端子8と配線部材9の第1面に形成された配線パターンとを接合する工程において全体を表面保護部材13の硬化温度まで上昇させることで、半導体素子7に備わる複数の端子と配線部材9の第1面に形成された配線パターンとの接合、接合部の封止および表面保護部材13の形成を同時に行うことができるので、より製造コストおよび製造時間の削減が可能となる。
In the second manufacturing method of the semiconductor package of the third embodiment, the entire surface protection member is formed in the step of bonding the plurality of
(実施の形態4)
本発明の実施の形態4による半導体装置について、図16および図17を用いて説明する。図16(a)は本実施の形態4による半導体装置の要部上面図、図16(b)は本実施の形態4による半導体装置の要部側面図である。また、図17は本発明者らが検討した半導体装置の要部側面図である。
(Embodiment 4)
A semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 16A is a top view of main parts of the semiconductor device according to the fourth embodiment, and FIG. 16B is a side view of main parts of the semiconductor device according to the fourth embodiment. FIG. 17 is a side view of the main part of the semiconductor device studied by the present inventors.
例えば前述した実施の形態1による半導体装置では、基板1の第1の主面または第2の主面にそれぞれ実装される半導体パッケージが奇数(5個)であるため、基板1の両端部には下段の半導体パッケージ3を配置することができる。しかし、基板1の第1の主面または第2の主面にそれぞれ実装される半導体パッケージが偶数の場合は、基板1の一方の端部には上段の半導体パッケージ2が配置されることになる。
For example, in the semiconductor device according to the first embodiment described above, since there are an odd number (five) of semiconductor packages respectively mounted on the first main surface or the second main surface of the
本実施の形態4による半導体装置では、図16に示すように、基板1の第1の主面または第2の主面にそれぞれ実装される半導体パッケージが偶数(2個)であるが、基板1の中央部の主面に基板搭載部品14を配置することにより、基板1の両端部に下段の半導体パッケージ3を配置している。
In the semiconductor device according to the fourth embodiment, as shown in FIG. 16, there are an even number (two) of semiconductor packages mounted on the first main surface or the second main surface of the
ところが、例えば図17に示すように、上段の半導体パッケージ2を構成する半導体素子7のオーバーハング部の下部の一部に基板搭載部品14が配置されていない場合には、外力による曲げ応力によって半導体素子7の割れが懸念される。しかし、本実施の形態4では、上段の半導体パッケージ2を構成する半導体素子7のオーバーハング部の下部の一部に基板搭載部品14を配置することで、外力が作用した場合に基板搭載部品14が半導体素子7を支持することにより曲げ応力を低減し、半導体素子7の割れを防止することができる。基板搭載部品14には、例えばチップコンデンサを用いることができる。チップコンデンサは基板1のいずれかの場所には搭載する必要のある受動部品であるので、上段の半導体パッケージ2の下部に配置することにより、例えば図17に示した基板1よりも小さい基板1に実装することができる。
However, as shown in FIG. 17, for example, when the
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。 As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.
本発明は、複数の半導体チップを積層して基板上に実装する半導体装置に適用することができる。 The present invention can be applied to a semiconductor device in which a plurality of semiconductor chips are stacked and mounted on a substrate.
1 基板
2 半導体パッケージ(上段の半導体パッケージ、第2の半導体パッケージ)
3 半導体パッケージ(下段の半導体パッケージ、第1の半導体パッケージ)
4 第1スペーサ
5 端子
6 第2スペーサ
7 半導体素子
8 端子
9 配線部材
10 封止樹脂
11 半田ボール
12 弾性体
13 表面保護部材
14 基板搭載部品
1
3 Semiconductor package (lower semiconductor package, first semiconductor package)
4 First Spacer 5
Claims (25)
第1の半導体パッケージは前記基板の主面に直接実装され、
第2の半導体パッケージは前記第1の半導体パッケージに隣接し、スペーサを介して前記基板の主面に実装され、
前記第2の半導体パッケージを構成する半導体素子と前記基板の主面との間に、前記第1の半導体パッケージを構成する半導体素子の一部が配置され、
前記第1の半導体パッケージを構成する半導体素子と前記基板の主面との間に、前記スペーサの一部が配置されていることを特徴とする半導体装置。 Having two or more semiconductor packages on the main surface of the substrate,
The first semiconductor package is directly mounted on the main surface of the substrate,
The second semiconductor package is adjacent to the first semiconductor package and mounted on the main surface of the substrate via a spacer,
A part of the semiconductor element constituting the first semiconductor package is disposed between the semiconductor element constituting the second semiconductor package and the main surface of the substrate,
A part of the spacer is disposed between a semiconductor element constituting the first semiconductor package and a main surface of the substrate.
前記配線部材の第1面および前記第1面と反対側の第2面にそれぞれ配線パターンが形成され、前記配線部材の第1面に形成された配線パターンと前記配線部材の第2面に形成された配線パターンとは電気的導通が取られており、
第1電極を介して前記配線部材の第1面に形成された配線パターンと前記第1または第2の半導体パッケージを構成する半導体素子とが接合されていることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein each of the first and second semiconductor packages includes a wiring member,
A wiring pattern is formed on each of the first surface of the wiring member and the second surface opposite to the first surface, and the wiring pattern formed on the first surface of the wiring member and the second surface of the wiring member are formed. Electrical continuity is taken with the printed wiring pattern,
A semiconductor device, wherein a wiring pattern formed on a first surface of the wiring member and a semiconductor element constituting the first or second semiconductor package are bonded via a first electrode.
前記樹脂で封止されない前記第1または第2の半導体パッケージを構成する半導体素子の前記基板側の面に、前記樹脂とは異なる材質からなる表面保護部材が設けられていることを特徴とする半導体装置。 10. The semiconductor device according to claim 9, wherein a gap between a semiconductor element constituting the first or second semiconductor package and the first surface of the wiring member is sealed with resin,
A surface protection member made of a material different from the resin is provided on a surface on the substrate side of the semiconductor element constituting the first or second semiconductor package not sealed with the resin. apparatus.
前記第2電極を介して前記第2の半導体パッケージを構成する前記配線部材の第2面に形成された配線パターンと前記スペーサの第1面とが接合されていることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 9, wherein a wiring pattern formed on a second surface of the wiring member constituting the first semiconductor package and a main surface of the substrate are bonded via a second electrode,
A semiconductor device, wherein a wiring pattern formed on a second surface of the wiring member constituting the second semiconductor package is bonded to a first surface of the spacer via the second electrode.
第1の半導体パッケージは前記基板の主面に直接実装され、
第2の半導体パッケージは前記第1の半導体パッケージに隣接し、スペーサを介して前記基板の主面に実装され、
前記受動素子は前記第2の半導体パッケージの前記第1の半導体パッケージと反対側に隣接し、前記基板の主面に直接実装され、
前記第2の半導体パッケージを構成する半導体素子と前記基板の主面との間に、前記第1の半導体パッケージを構成する半導体素子の一部および前記受動素子の一部が配置され、
前記第1の半導体パッケージを構成する半導体素子と前記基板の主面との間に、前記スペーサの一部が配置されていることを特徴とする半導体装置。 The main surface of the substrate has two or more semiconductor packages and passive elements,
The first semiconductor package is directly mounted on the main surface of the substrate,
The second semiconductor package is adjacent to the first semiconductor package, and is mounted on the main surface of the substrate via a spacer.
The passive element is adjacent to the opposite side of the second semiconductor package to the first semiconductor package and is directly mounted on the main surface of the substrate,
A part of the semiconductor element constituting the first semiconductor package and a part of the passive element are arranged between the semiconductor element constituting the second semiconductor package and the main surface of the substrate,
A part of the spacer is disposed between a semiconductor element constituting the first semiconductor package and a main surface of the substrate.
(a)基板の主面の所定の領域にスペーサを配置する工程、
(b)第1の半導体パッケージを構成する半導体素子と前記基板の主面との間に前記スペーサの一部が配置するように、前記基板の主面の所定の領域に前記第1の半導体パッケージを配置する工程、
(c)第2の半導体パッケージを構成する半導体素子と前記スペーサの第1面との間に前記第1の半導体パッケージを構成する半導体素子の一部が配置するように、前記スペーサの第1面に前記第2の半導体パッケージを配置する工程、
(d)前記第1および前記第2の半導体パッケージを配置した前記基板を所定の温度まで昇温して冷却することにより、前記第1の半導体パッケージを前記基板の主面に接合し、前記第2の半導体パッケージを前記スペーサの第1面に接合する工程。 A method of manufacturing a semiconductor device comprising the following steps:
(A) a step of arranging a spacer in a predetermined region of the main surface of the substrate;
(B) The first semiconductor package in a predetermined region of the main surface of the substrate such that a part of the spacer is disposed between the semiconductor element constituting the first semiconductor package and the main surface of the substrate. Arranging the process,
(C) The first surface of the spacer so that a part of the semiconductor element constituting the first semiconductor package is disposed between the semiconductor element constituting the second semiconductor package and the first surface of the spacer. Disposing the second semiconductor package in
(D) The substrate on which the first and second semiconductor packages are arranged is heated to a predetermined temperature and cooled to join the first semiconductor package to the main surface of the substrate, and the first Bonding the semiconductor package of 2 to the first surface of the spacer;
(e)前記第1の半導体パッケージを構成する半導体素子と前記基板の主面との間に位置する前記スペーサの第1面に、1MPa〜1GPaの弾性率を有する弾性体を接着する工程。 20. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 19, further comprising the following steps between the step (a) and the step (b);
(E) A step of bonding an elastic body having an elastic modulus of 1 MPa to 1 GPa to the first surface of the spacer located between the semiconductor element constituting the first semiconductor package and the main surface of the substrate.
(f)前記第1または第2の半導体パッケージを構成する半導体素子と配線部材の第1面に形成された配線パターンとを第1電極で接合する工程、
(g)前記第1または第2の半導体パッケージを構成する半導体素子と前記配線部材の第1面との間を樹脂により封止する工程、
(h)前記第1および第2の半導体パッケージを昇温して前記樹脂を硬化させる工程、
(i)前記樹脂により封止されておらず、実装後に前記第1または第2の半導体パッケージを構成する半導体素子の前記基板側となる面に表面保護部材を形成する工程、
(j)前記第1および第2の半導体パッケージを昇温して前記表面保護部材を硬化させる工程。 20. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 19, further comprising the following steps before the step (a):
(F) bonding a semiconductor element constituting the first or second semiconductor package and a wiring pattern formed on the first surface of the wiring member with a first electrode;
(G) sealing a gap between a semiconductor element constituting the first or second semiconductor package and the first surface of the wiring member with a resin;
(H) a step of heating the first and second semiconductor packages to cure the resin;
(I) forming a surface protection member on a surface of the semiconductor element that is not sealed with the resin and that constitutes the first or second semiconductor package after mounting;
(J) A step of curing the surface protection member by raising the temperature of the first and second semiconductor packages.
(f)前記第1または第2の半導体パッケージを構成する半導体素子と配線部材の第1面に形成された配線パターンとを第1電極で接合する工程、
(g)前記第1または第2の半導体パッケージを構成する半導体素子と前記配線部材の第1面との間を樹脂により封止する工程、
(h)前記樹脂により封止されておらず、実装後に前記第1または第2の半導体パッケージを構成する半導体素子の前記基板側となる面に表面保護部材を形成する工程、
(i)前記第1および第2の半導体パッケージを昇温して前記樹脂および前記表面保護部材を硬化させる工程。 20. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 19, further comprising the following steps before the step (a):
(F) bonding a semiconductor element constituting the first or second semiconductor package and a wiring pattern formed on the first surface of the wiring member with a first electrode;
(G) sealing a gap between a semiconductor element constituting the first or second semiconductor package and the first surface of the wiring member with a resin;
(H) a step of forming a surface protection member on a surface of the semiconductor element which is not sealed with the resin and which constitutes the first or second semiconductor package after mounting;
(I) A step of heating the first and second semiconductor packages to cure the resin and the surface protection member.
(f)前記第1または第2の半導体パッケージを構成する半導体素子と配線部材の第1面に形成された配線パターンとを第1電極で接合する工程、
(g)実装後に前記第1または第2の半導体パッケージを構成する半導体素子の前記基板側となる面に表面保護部材を形成する工程、
(h)前記第1および第2の半導体パッケージを昇温して前記表面保護部材を硬化させる工程。 20. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 19, further comprising the following steps before the step (a):
(F) bonding a semiconductor element constituting the first or second semiconductor package and a wiring pattern formed on the first surface of the wiring member with a first electrode;
(G) forming a surface protection member on the surface of the semiconductor element constituting the first or second semiconductor package after mounting on the substrate side;
(H) A step of heating the first and second semiconductor packages to cure the surface protection member.
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| JP2012063279A (en) * | 2010-09-16 | 2012-03-29 | Toshiba Corp | Solder joint part life prediction method, solder joint part life prediction device, and electronic apparatus |
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012063279A (en) * | 2010-09-16 | 2012-03-29 | Toshiba Corp | Solder joint part life prediction method, solder joint part life prediction device, and electronic apparatus |
| US8965712B2 (en) | 2010-09-16 | 2015-02-24 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Life predicting method for solder joint, life predicting apparatus for solder joint and electronic device |
| WO2016024333A1 (en) * | 2014-08-12 | 2016-02-18 | 新電元工業株式会社 | Semiconductor module |
| JP5930565B1 (en) * | 2014-08-12 | 2016-06-08 | 新電元工業株式会社 | Semiconductor module |
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