(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の面に配置された配線、第２の面に配置され、外部接続端子用の複数の第１導電性ボール及び第２の面に配置され、放熱用の複数の第２導電性ボールを有する第１の絶縁基板と、
前記第１の絶縁基板の第１の面に対向するように配置された第２の絶縁基板と、
前記第１及び第２の絶縁基板の間に配置された複数の半導体素子ユニットとを具備し、
前記半導体素子ユニットは、半導体素子、前記半導体素子がマウントされ、前記半導体素子の端子に電気的に接続された配線を有する配線基板、この配線基板上に配置され前記半導体素子を収納するチップキャビティ部を有する第３の絶縁基板からなり、前記放熱用の第２導電性ボールは、前記外部接続端子用の第１導電性ボールより熱伝導性の高い材料からなることを特徴とする半導体パッケージ。
【請求項２】
前記第１の絶縁基板は、複数の第１のビア孔及び前記第１のビア孔の各々に埋め込まれた複数の第１の接続電極を有し、前記第２の絶縁基板は、複数の第２のビア孔及び前記第２のビア孔の各々に埋め込まれた複数の第２の接続電極を有し、前記第３の絶縁基板の各々は、複数の第３のビア孔及び前記第３のビア孔の各々に埋め込まれた複数の第３の接続電極を有し、前記配線基板の各々は、複数の第４のビア孔及び前記第４のビア孔の各々に埋め込まれた複数の第３の接続電極を有し、前記第１の接続電極、第２の接続電極、第３の接続電極及び第４の接続電極は、前記各第２導電性ボールの直ぐ上に配置され、且つこれら接続電極は互いに電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体パッケージ。
【請求項３】
第４の接続電極は、前記半導体素子の端子に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体パッケージ。
【請求項４】
前記第２導電性ボールは、半田ボールからなることを特徴とする請求項１に記載の半導体パッケージ。
【請求項５】
前記第２導電性ボールは、前記第１の絶縁基板の第２の面において、第１導電性ボールが配置された領域より端の領域に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体パッケージ。
【請求項６】
前記第２導電性ボールは、前記第１の絶縁基板の第２の面において、第１導電性ボールが配置された領域の周辺の領域に列状に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体パッケージ。
【請求項７】
前記半導体素子ユニットの少なくとも１つは、前記半導体素子を被覆する絶縁性の熱伝導性樹脂層を有していることを特徴とする請求項１に記載の半導体パッケージ。
【請求項８】
前記熱伝導性樹脂層は、ポリイミド樹脂層であることを特徴とする請求項７に記載の半導体パッケージ。
【請求項９】
前記熱伝導性樹脂層は、熱伝導度がポリイミド層より高い熱伝導材料を含んだポリイミド樹脂層であることを特徴とする請求項７に記載の半導体パッケージ。
【請求項１０】
前記半導体素子の少なくとも１つはＳＤＲＡＭであることを特徴とする請求項１に記載の半導体パッケージ。
【請求項１１】
前記半導体素子の１つはフラッシュメモリであり、前記フラッシュメモリは、前記ＳＤＲＡＭとは離れた位置に配置されていることを特徴とする請求項１０に記載の半導体パッケージ。
【請求項１２】
前記ＳＤＲＡＭは、前記絶縁性の熱伝導性樹脂層に被覆されていることを特徴とする請求項１０に記載の半導体パッケージ。
【請求項１３】
前記半導体素子ユニットの少なくとも１つはその半導体素子が前記絶縁性の熱伝導性樹脂層に被覆されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体パッケージ。
【請求項１４】
前記熱伝導性樹脂層は、第５のビア孔及びこの第５のビア孔に埋め込まれた第５の接続電極を有し、各第５の接続電極は、前記各第４の接続電極の直ぐ上に配置され且つ電気的に接続されていることを特徴とする請求項１３に記載の半導体パッケージ。
【請求項１５】
前記チップキャビティ部の高さは、前記半導体素子の厚さとほぼ同じであることを特徴とする請求項１に記載の半導体パッケージ。
【請求項１６】
請求項１に記載の半導体パッケージと、
前記半導体パッケージが実装される実装基板とを備え、
前記実装基板上には前記半導体パッケージが実装され、前記実装基板は、複数の配線層と熱伝導路とを有し、複数の配線層の任意の１つは、前記半導体パッケージの前記第２導電性ボールに接続され、前記実装基板に形成された前記熱伝導路に接続されることを特徴とする半導体実装装置。
【請求項１７】
前記第２導電性ボールに接続された前記複数の配線層は、電源配線又は接地配線であることを特徴とする請求項１６に記載の半導体実装装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の半導体素子を積層する積層型パッケージを使用した半導体装置の放熱構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置は、高密度実装化を目的として半導体素子を積層して用いることが多くなっている。とくに従来用いられている積層パッケージは、例えば、特開平９−２１９４９０号公報、特開平１０−１３５２６７号公報、特開平１０−１６３４１４号公報に記載されている。これらの従来のパッケージではＴＳＯＰ(Thin Small Outline Package)、ＴＣＰ(Tape Carrier Package)、ＢＡＧ(Ball Grid Array) などのパッケージを組み立て完成させた後、各パッケージに予め設けた外部端子を個別に積み重ねることにより、各々を積層し、さらに電気的接続を行っている。
また、例えば、特開平１１−２３９０３３号にも記載されているような薄く密閉性、弾力性にすぐれ、製造工程が複雑でなく容易に形成することが可能な積層型パッケージを用いた半導体装置も提案されている。この半導体装置は、Ｓｙｓｔｅｍ  Ｂｌｏｃｋ  Ｍｏｄｕｌｅといわれ（ＳＢＭと略称する）、シリコン基板を薄く形成したＰＴＰ(Paper Thin Package)パッケージを複数個積層してなるものである。
【０００３】
図７を参照して従来のＳＢＭタイプの積層型パッケージを用いた半導体装置を説明する。図７（ａ）は、積層型パッケージを用いた半導体装置の斜視図、図７（ｂ）は、積層型パッケージの下層の絶縁基板に取り付けられた外部接続端子を示す斜視図である。この従来例は４つの半導体素子（チップ）を積層しているが、積層する半導体素子の数は幾つでも良い。２個以上の必要とする個数を積層させることができる。パッケージは、半導体素子１０５を搭載する配線基板１０４、半田ボールなどの外部接続端子１１０を有し最下部に配置する絶縁基板（第１の絶縁基板）１０１、パッケージを密封する上部に配置される絶縁基板（第２の絶縁基板）１０２及び半導体素子１０５を収容するチップキャビティ部を有する絶縁基板（第３の絶縁基板）１０３から構成されている。すなわち、パッケージは、第１及び第２の絶縁基板の間に第３の絶縁基板と配線基板３０との積層体が複数層積層され、加熱加圧されて一体に構成されている。
【０００４】
半導体素子を搭載する配線基板１０４は、厚さ４０μｍ程度の銅箔付きガラスエポキシテープなどの絶縁板を用いる。配線基板１０４にはビア孔に接続電極（図示しない）が埋め込まれている。配線基板１０４上の銅箔は、接続電極上のランド１１１と、その他の領域に形成されて半導体素子１０５と電気的に接続された配線１０８とを有する形状にパターニングされている。半導体素子１０５の厚さ（シリコンチップの厚さ）は、約３０〜２００μｍであり、好ましくは約５０〜１５０μｍである。
また、下層に配置された第１の絶縁基板１０１は、配線１１２とランド１０９とを有し、その裏面には複数の外部接続端子１１０が所定の領域にランド１０９′上に形成されている。外部接続端子１１０は、例えば、半田などの導電性ボールから構成されている。
上層に配置された第２の絶縁基板１０２は、配線とランド１０６とを有し、ビア孔に接続電極（図示しない）が埋め込まれている。接続電極上にはランド１０６が形成されている。
【０００５】
第３の絶縁基板１０３は、厚さ７５μｍ程度の銅箔付きポリイミド基板もしくはプリント積層板などの絶縁板を用いる。絶縁基板１０３にはビア孔に接続電極（図示しない）が埋め込まれている。絶縁基板１０３上の銅箔は、接続電極上のランド１１３とその他の領域に形成された配線（図示しない）とを有する形状にパターニングされている。絶縁基板１０３の中央部分には半導体素子１０５を収容する開口部（チップキャビティ部）１０７が形成されている。
第３の絶縁基板１０３の厚さは、チップキャビティ部１０７に半導体素子１０５が収容される大きさなら配線基板１０４と同じ厚さであっても薄くても良い。このとき第３の絶縁基板１０３には接着材が塗布されているので一体化処理を行うと接着剤がチップキャビティ部１０７に充填されるようになる。
【０００６】
この従来の半導体装置は、以上のような構成により、薄い積層型パッケージを有している。また、積層の上下を絶縁基板により挟まれているので、半導体素子に対する密閉性が高くなっている。また、第３の絶縁基板に形成されているチップキャビティ部には半導体素子が収容されているが、チップキャビティ部の厚さ及び面積は、半導体素子より大きいのでこの中に半導体素子が収容されても半導体素子とチップキャビティ部の内壁との間には空間が形成される。例えば、この半導体装置を曲げることにより半導体素子が少し伸びてもチップキャビティ部との間には空間があり、この空間が半導体素子の伸びを吸収することができる。したがって、半導体装置に外力が加わっても発生する応力を吸収することが可能になる。さらに、この空間に積層された絶縁基板と配線基板とを接合するエラストマーなどの軟性の接着材が充填されることになるが、とくにシリコン樹脂などの軟性の接着材を用いると、応力の吸収が可能になるとともに密封性が向上して半導体装置の耐湿性が向上する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このように半導体装置の小型化に伴って生じる半導体素子の積層技術には、その半導体素子が高密度に集積した結果、熱の発生が問題になっている。とくに、図７に示すＳＢＭタイプの半導体装置は、シリコンを薄くしたチップを積層する上に、高速動作するために半導体装置の温度が高くなる。半導体装置の高温動作が継続する場合その動作/ 信頼性に影響を及ぼすために熱対策が必須となる。とくにＤＲＡＭ(Dynamic Random Access read write Memory) などの半導体メモリは、高温になると記憶の保持特性が劣化するので、これに対する対策が不可欠であるという問題がある。
本発明は、このような事情によりなされたものであり、積層された半導体素子から発生する熱を配線基板及び絶縁基板に埋め込まれた接続電極などを介して効率的に外部に放出する放熱構造を有する半導体パッケージを提供する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、半導体素子が搭載された配線基板を複数個外部接続端子用ボールを取り付けた絶縁基板上に積層してなる半導体パッケージにおいて、この絶縁基板の裏面に外部接続端子用ボールが形成されている領域以外のマージン部に放熱用導電性ボールが取り付けられていることを特徴としている。半導体素子から発生した熱を効率良く外部接続端子を取り付けた絶縁基板に逃がすことができるので半導体パッケージ自体の温度上昇を防ぎ、例えば、半導体素子がＤＲＡＭを含む場合のように、温度上昇が記憶保持特性の劣化を招いていた半導体素子の特性の劣化を防ぐことが可能になる。
【０００９】
すなわち、本発明の半導体パッケージは、第１の面に配置された配線、第２の面に配置され、外部接続端子用の複数の第１導電性ボール及び第２の面に配置され、放熱用の複数の第２導電性ボールを有する第１の絶縁基板と、前記第１の絶縁基板の第１の面に対向するように配置された第２の絶縁基板と、前記第１及び第２の絶縁基板の間に配置された複数の半導体素子ユニットとを具備し、前記半導体素子ユニットは、半導体素子、前記半導体素子がマウントされ、前記半導体素子の端子に電気的に接続された配線を有する配線基板、この配線基板上に配置され前記半導体素子を収納するチップキャビティ部を有する第３の絶縁基板からなり、前記放熱用の第２導電性ボールは、前記外部接続端子用の第１導電性ボールより熱伝導性の高い材料からなることを特徴としている。前記第１の絶縁基板は、複数の第１のビア孔及び前記第１のビア孔の各々に埋め込まれた複数の第１の接続電極を有し、前記第２の絶縁基板は、複数の第２のビア孔及び前記第２のビア孔の各々に埋め込まれた複数の第２の接続電極を有し、前記第３の絶縁基板の各々は、複数の第３のビア孔及び前記第３のビア孔の各々に埋め込まれた複数の第３の接続電極を有し、前記配線基板の各々は、複数の第４のビア孔及び前記第４のビア孔の各々に埋め込まれた複数の第３の接続電極を有し、前記第１の接続電極、第２の接続電極、第３の接続電極及び第４の接続電極は、前記各第２導電性ボールの直ぐ上に配置され、且つこれら接続電極は互いに電気的に接続されていても良い。
【００１０】
第４の接続電極は、前記半導体素子の端子に電気的に接続されていてもよい。前記第２導電性ボールは、半田ボールからなるようにしても良い。前記第２導電性ボールは、前記第１の絶縁基板の第２の面において、第１導電性ボールが配置された領域より端の領域に配置されているようにしても良い。前記第２導電性ボールは、前記第１の絶縁基板の第２の面において、第１導電性ボールが配置された領域の周辺の領域に列状に配置されているようにしても良い。前記半導体素子ユニットの少なくとも１つは、前記半導体素子を被覆する絶縁性の熱伝導性樹脂層を有しているようにしても良い。前記熱伝導性樹脂層は、ポリイミド樹脂層であるようにしても良い。前記熱伝導性樹脂層は、熱伝導度がポリイミド層より高い熱伝導材料を含んだポリイミド樹脂層であるようにしても良い。前記半導体素子の少なくとも１つはＳＤＲＡＭであってもよい。前記半導体素子の１つはフラッシュメモリであり、前記フラッシュメモリは、前記ＳＤＲＡＭとは離れた位置に配置されているようにしても良い。前記ＳＤＲＡＭは、前記絶縁性の熱伝導性樹脂層に被覆されているようにしても良い。前記半導体素子ユニットの少なくとも１つはその半導体素子が前記絶縁性の熱伝導性樹脂層に被覆されているようにしても良い。前記熱伝導性樹脂層は、第５のビア孔及びこの第５のビア孔に埋め込まれた第５の接続電極を有し、各第５の接続電極は、前記各第４の接続電極の直ぐ上に配置され且つ電気的に接続されているようにしても良い。前記チップキャビティ部の高さは、前記半導体素子の厚さとほぼ同じであるようにしても良い。
【００１１】
本発明の半導体実装装置は、請求項１に記載の半導体パッケージと、前記半導体パッケージが実装される実装基板とを備え、前記実装基板上には前記半導体パッケージが実装され、前記実装基板は、複数の配線層と熱伝導路とを有し、複数の配線層の任意の１つは、前記半導体パッケージの前記第２導電性ボールに接続され、前記実装基板に形成された前記熱伝導路に接続されることを特徴としている。前記第２導電性ボールに接続された前記複数の配線層は、電源配線又は接地配線であってもよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して発明の実施の形態を説明する。
まず、図１乃至図３、図６を参照して第１の実施例を説明する。
図１は、ＳＢＭタイプの積層型パッケージを用いた半導体装置及びこの半導体装置を構成し、外部接続端子を取り付けた絶縁基板の裏面の斜視図、図２は、半導体装置の各部材が積層された状態の断面図（図１のＡ−Ａ′線に沿う部分の断面図）、図３は、外部接続端子を取り付けた絶縁基板の他の例を示す平面図）、図６は、パッケージの使用時温度の外部接続端子用ボール依存性を示した特性図である。この実施例では、４個のシリコンなどの半導体素子（チップ）を積層しているが、本発明では積層する半導体素子の数は幾つでも良く、２個以上の必要とする個数を積層させることができる。
【００１３】
パッケージ１０は、半導体素子５を搭載する配線基板４、半田ボールなどの外部接続端子１４を有し最下部に配置される絶縁基板（第１の絶縁基板）１、パッケージを密封し、上部に配置される絶縁基板（第２の絶縁基板）２及び半導体素子５を収容するチップキャビティ部７を有する絶縁基板（第３の絶縁基板）３から構成されている。すなわち、パッケージは、第１及び第２の絶縁基板の間に第３の絶縁基板と配線基板４との積層体が複数層積層され、加熱加圧されて一体化されている（図２（ｃ））。
半導体素子を搭載する配線基板４には、厚さ４０μｍ程度の銅箔付きガラスエポキシテープなどの絶縁板を用いる。配線基板４にはビア孔に接続電極１７が埋め込まれている。配線基板４上の銅箔は、接続電極上のランド１１と、その他の領域に形成されて半導体素子５と電気的に接続された配線８とを有する形状にパターニングされている。半導体素子５の厚さ（シリコンチップ厚さ）は、約３０〜２００μｍであり、好ましくは約５０〜１５０μｍである。
【００１４】
半導体素子５は、配線基板４の主面に載置され、半導体素子５の表面に露出し、内部回路と電気的に接続されたバンプ電極１８が配線８に接合される。配線８は、配線基板４に埋め込まれた接続電極１７上に形成されたランド１１につながっている。そして、この主面と半導体素子５との間にはエポキシ樹脂などのアンダーフィル樹脂からなる樹脂封止体１６により封止されている（図２（ａ））。この半導体素子５を搭載した配線基板４に第３の絶縁基板３が接着剤層１９により接合されている（図２（ｂ））。
【００１５】
また、下層に配置された第１の絶縁基板１は、ガラスエポキシテープなどからなり、配線１２とランド９とを有し、裏面には複数の外部接続端子１４が所定の領域に形成されている。外部接続端子用ボール１４は、例えば、半田などの導電性ボールからなる。そして、裏面のそれ以外の領域、従来の半導体装置では外部接続端子用ボールが形成されていない領域に放熱用導電性ボール１５が取り付けられている。放熱用導電性ボールは、外部接続端子用ボールと同じ材料及び同じサイズであることができる。勿論サイズを変えることも可能である。また、放熱特性を高くするために放熱用導電性ボールのみ放熱性の高い材料を選択することが可能である。第１の絶縁基板１にはビア孔が形成され、その中に接続電極１７ａが埋め込まれている。第１の絶縁基板１上に配線基板４を積層するに際し、ビア孔に埋め込まれた第１の絶縁基板の接続電極１７ａは、ランド９を介してその直上に形成され、配線基板４に配置されたビア孔内の接続電極１７と電気的に接続されている。
【００１６】
最上層に配置された第２の絶縁基板２は、ランド６を有し、ビア孔に接続電極１７ｂが埋め込まれている。この接続電極１７ｂ上にはランド６が形成されている。第３の絶縁基板３上に配線基板４を積層するに際し、ビア孔に埋め込まれた第３の絶縁基板３の接続電極１７ｃは、ランド１３を介してその直上に形成され、配線基板４に配置されたビア孔内の接続電極１７と電気的に接続されている。配線基板４上に第３の絶縁基板３を積層する場合も同様である。
【００１７】
第３の絶縁基板３は、厚さ７５μｍ程度の銅箔付きポリイミド基板又はプリント積層板等の絶縁板を用いる。第３の絶縁基板３にはビア孔に接続電極１７ｃが埋め込まれている。第３の絶縁基板３上の銅箔は、接続電極１７ｃ上のランド１３と配線を有する形状にパターニングされている。図１に示すように第３の絶縁基板３の裏面には接着剤層１９が形成されている。第３の絶縁基板３の中央部分には半導体素子５を収容する開口部（チップキャビティ部）７が形成されている。第３の絶縁基板３の厚さは、チップキャビティ部７に半導体素子５が収容される大きさなら配線基板４と同じ厚さであっても薄くても良い。第３の絶縁基板３には接着材が塗布されているので一体化処理を行うと接着剤がチップキャビティ部７に充填されるようになる。第３の絶縁基板３上に第２の絶縁基板２を積層するに際し、ビア孔に埋め込まれた第２の絶縁基板２の接続電極１７ｂは、ランド１３を介してその直上に形成された第３の絶縁基板３のビア孔内に埋め込まれた接続電極１７ｃと電気的に接続されている。
【００１８】
このように積層体を構成する各配線基板及び絶縁基板に埋め込まれた接続電極は、直上もしくは直下に接続されている。したがって、この積層体においては、配線基板や絶縁基板などに埋め込まれた接続電極は、縦方向（積層方向）に電気的に接続されているので信号線や電源線としてのバスとして用いられる。このバスは、積層体の周辺部分の所定位置に複数個配置されている。
この実施例の半導体装置は、以上のようにボール状の外部接続端子が取り付けられている絶縁基板の裏面に外部接続端子とともに放熱用導電性ボールが取り付けられているので、積層された半導体素子から発生する熱が速やかに絶縁基板や配線基板に形成された接続電極を構成するバスを介して放熱用導電性ボールに伝えられて放熱が効率良く行われる。
この実施例の半導体装置は、薄い積層型パッケージを有している。また、積層の上下を絶縁基板により挟まれているので、半導体素子に対する密閉性が高くなっている。また、第３の絶縁基板に形成されているチップキャビティ部には半導体素子が収容されているが、チップキャビティ部の厚さ及び面積は、半導体素子より大きいのでこの中に半導体素子が収容されても半導体素子とチップキャビティ部の内壁との間には空間が形成される。したがって、半導体装置に外力が加わっても発生する応力を吸収することが可能になる。
【００１９】
次に、図３を参照して外部接続端子が搭載され、積層体の最下部に配置される絶縁基板の他の例を説明する。図３は、この絶縁基板の裏面を説明する平面図である。絶縁基板１′は、図１及び図２の積層体と同様に、半導体素子が搭載された配線基板、絶縁基板等を積層している。絶縁基板１′は、配線とランドとを有し、裏面には複数の外部接続端子１４が所定の領域に形成されている。外部接続端子用ボール１４は、例えば、半田などの導電性ボールからなる。そして、裏面のそれ以外の領域、従来の半導体装置では外部接続端子用ボールが形成されていないマージン領域に、放熱用導電性ボール１５が取り付けられている。すなわち、絶縁基板１′の裏面は、外部接続端子用ボール領域１４′及び放熱用ボール領域１５′から構成されている。通常は外部接続端子用ボールが形成されないところに放熱用導電性ボールを配置するので、外部接続端子の位置を改めて設計し直す必要はない。絶縁基板１′は、例えば、縦が１２．５ｍｍ、横が１１．００ｍｍである。外部接続端子用ボール１４は、例えば、０．５ｍｍ径であり、格子状に縦横ともにピッチ１．００ｍｍで配列されている。放熱用導電性ボール１５は、外部接続端子用ボール１４の列の両端に配置されている。
【００２０】
半導体素子が内包されたパッケージは、半導体素子から発生する熱により使用時に温度が高くなる。そのパッケージ温度は、パッケージに取り付けた外部端子用ボールの数によって異なってくる。
図６は、パッケージの使用時温度の外部接続端子用ボール（以下、単にボールという）依存性を示した特性図であり、縦軸がパッケージの相対温度Ｔj （６０ボールを有するパッケージの温度を１とする）、横軸がパッケージに搭載されるボールの数を表している。図に示されるように、パッケージのボール数が６０個より減少すると温度は、１より高くなり、６０個より多くなると低くなる。このように、パッケージに搭載するボール数により温度の増減が認められるので、本発明は、前述した放熱用導電性ボールを適宜搭載してパッケージ温度を効率的に調整することが可能になる。
【００２１】
次に、図４を参照して第２の実施例を説明する。
図４は、ＳＢＭタイプの積層型パッケージを用いた半導体装置の各部材が積層された状態の断面図である。この実施例では、４個のシリコンなどの半導体素子（チップ）を積層しているが、本発明では積層する半導体素子の数は幾つでも良い。２個以上の所要の個数を積層させることができる。
パッケージは、半導体素子２５を搭載する配線基板２４、半田ボールなどの外部接続端子３４を有し最下部に配置される絶縁基板（第１の絶縁基板）２１、パッケージを密封し、上部に配置される絶縁基板（第２の絶縁基板）２２及び半導体素子２５を収容するチップキャビティ部２７を有する絶縁基板（第３の絶縁基板）２３を積層し、さらにこの積層状態の半導体素子２５を被覆するように挿入された、例えば、ポリイミドフィルムなどの高熱伝導性絶縁シート３０を有する積層体から構成されている。すなわち、このパッケージは、第１及び第２の絶縁基板の間に高熱伝導性絶縁シート、第３の絶縁基板及び配線基板の積層体が複数積層され、加熱加圧されて一体化されている。
【００２２】
半導体素子を搭載する配線基板２４には、厚さ４０μｍ程度の銅箔付きガラスエポキシテープなどの絶縁板を用いる。配線基板２４にはビア孔に接続電極３７が埋め込まれている。配線基板２４上の銅箔は、接続電極上のランド３１と、その他の領域に形成されて半導体素子２５と電気的に接続された配線３２とを有する形状にパターニングされている。半導体素子２５の厚さ（シリコンチップ厚さ）は、約３０〜２００μｍであり、好ましくは約５０〜１５０μｍである。
配線基板２４の上には半導体素子２５を被覆するように高熱伝導性絶縁シート３０が積層に際し配置される。高熱伝導性絶縁シート３０にはビア孔に接続電極３７ｄが埋め込まれており、この接続電極３７ｄ上にはランド２８が形成されている。高熱伝導性絶縁シート３０上に配線基板２４もしくは第２の絶縁基板２２を積層するに際し、ビア孔に埋め込まれた高熱伝導性絶縁シート３０の接続電極３７ｄは、ランド２８を介してその直上に形成され、配線基板２４もしくは第２の絶縁基板２２に配置されたビア孔内の接続電極３７もしくは３７ｂと電気的に接続されている。
【００２３】
下層に配置された第１の絶縁基板２１は、ガラスエポキシテープなどからなり、配線３２とランド２９とを有し、裏面には複数の外部接続端子３４が所定の領域にランド２９′を介して形成されている。外部接続端子用ボール３４は、例えば、半田などの導電性ボールからなる。そして、裏面のそれ以外の領域、従来の半導体装置では外部接続端子用ボールが形成されていない領域に放熱用導電性ボール３５がランド２９′を介して取り付けられている。放熱用導電性ボールは、外部接続端子用ボールと同じ材料及び同じサイズにできる。勿論サイズを変えることも可能である。また、放熱特性を高くするために放熱用導電性ボールのみ放熱性の高い材料を選択することが可能である。第１の絶縁基板２１にはビア孔が形成され、その中に接続電極３７ａが埋め込まれている。第１の絶縁基板２１上に配線基板２４を積層するに際し、ビア孔に埋め込まれた第１の絶縁基板２１の接続電極３７ａは、ランド２９を介してその直上に形成され、配線基板２４に配置されたビア孔内の接続電極３７と電気的に接続されている。
最上層に配置された第２の絶縁基板２２は、ランド２６を有し、ビア孔に接続電極３７ｂが埋め込まれ、この上にランド２６が形成されている。
【００２４】
第３の絶縁基板２３は、厚さ７５μｍ程度の銅箔付きポリイミド基板又はプリント積層板等の絶縁板を用いる。第３の絶縁基板２３にはビア孔に接続電極３７ｃが埋め込まれている。第３の絶縁基板２３上の銅箔は、接続電極３７ｃ上のランド３３と配線を有する形状にパターニングされている。第３の絶縁基板２３の中央部分には半導体素子２５を収容する開口部（チップキャビティ部）２７が形成されている。第３の絶縁基板２３の厚さは、チップキャビティ部２７に半導体素子２５が収容される大きさなら配線基板２４と同じ厚さであっても薄くても良い。第３の絶縁基板２３には接着材が塗布されているので一体化処理を行うと接着剤がチップキャビティ部２７に充填されるようになる。第３の絶縁基板２３上に高熱伝導性絶縁シート２４を積層するに際し、ビア孔に埋め込まれた第３の絶縁基板２３の接続電極３７ｃは、ランド３３を介してその直上に形成された高熱伝導性絶縁シート２４のビア孔内に埋め込まれた接続電極１７ｄと電気的に接続されている。
【００２５】
このように積層体を構成する各配線基板及び絶縁基板に埋め込まれた接続電極は、直上もしくは直下に接続されている。したがって、この積層体においては、配線基板や絶縁基板などに埋め込まれた接続電極は、縦方向（積層方向）に電気的に接続されているので信号線や電源線としてのバスとして用いられる。このバスは、積層体の周辺部分の所定位置に複数個配置されている。
積層される半導体素子は、例えば、ＳＤＲＡＭがある。ＳＤＲＡＭを積層する場合は、この実施例のように各半導体素子毎に高熱伝導性絶縁シートを挿入することにより放熱性を高めるようにする。しかし、積層する半導体素子としてＳＤＲＡＭ以外にロジック素子やフラッシュメモリなども積層体に加える場合には、発熱性の低いロジック素子などを高熱伝導性絶縁シートで被覆しないで、ＳＤＲＡＭのみ被覆するようにすることができる。半導体装置の薄型化を進めるなら、このような高熱伝導性絶縁シートも薄型化を阻害する要因になる。また、ＳＤＲＡＭとフラッシュメモリを混載する場合は、発熱性の高いＳＤＲＡＭからできるだけ離してフラッシュメモリを積層する必要がある。
【００２６】
この実施例の半導体装置は、以上のように、ボール状の外部接続端子が取り付けられている絶縁基板の裏面に外部接続端子とともに放熱用導電性ボールが取り付けられており、さらに半導体素子を被覆するように、積層体に高熱伝導性絶縁シートが挿入されているので、積層された半導体素子から発生する熱が速やかに絶縁基板や配線基板に形成された接続電極を構成するバスを介して放熱用導電性ボールに伝えられて放熱がさらに効率良く行われる。
【００２７】
次に、図５を参照して第３の実施例を説明する。
図５は、ＳＢＭタイプの積層型パッケージを用いた半導体装置を搭載した実装基板の断面図である。例えば、第２の実施例で説明したパッケージ２０が実装基板３１に搭載される。実装基板３１には、例えば、エポキシ樹脂を含浸した６層の配線基板を用いる。配線基板に埋め込まれた多層配線は、最上層に信号配線３９が配置され、以下、電源配線３９ａ、信号配線３９、３９、接地配線３９ｂ及び信号配線３９の順に多層配置されている。電源配線３９ａ、接地配線３９ｂには一端が実装基板表面に露出しているアルミニウムなどからなる熱伝導路３８、３８ａに接続されている。実装基板３１の表面には熱伝導路３８、３８ａが露出しており、さらに、配線及び埋め込まれた配線（図示しない）と電気的に接続され、内部に延在している接続配線（図示しない）等が形成されている。
パッケージ２０には下表面に複数の外部接続用ボール３４及び複数の放熱用導電性ボール３５が取り付けられている。
【００２８】
このパッケージ２０を実装基板３１に搭載する。パッケージ２０を実装基板３１の表面に載置するに際し、外部接続用ボール３４は、信号配線３９、電源配線３９ａ、接地配線３９ｂなどの埋め込み配線に実装基板３１の埋め込まれた接続配線を介して適宜電気的に接続されている。そして、放熱用導電性ボール３５は、実装基板３１の表面に露出している熱伝導路３８、３８ａに当接され加熱接合されている。このように、複数の放熱用導電性ボール３５は、熱伝導路３８、３８ａを介して電源配線３９ａ又は接地配線３９ｂに適宜接続されているのでパッケージ２０の中に収納された半導体素子から発生する熱を実装基板から外部に放出している。放熱がさらに効率良く行われる。
【００２９】
【発明の効果】
以上の構成により、半導体素子から発生した熱を効率良く外部接続端子を取り付けた絶縁基板に逃がすことができるので半導体装置自体の温度上昇を防ぎ、例えば、半導体素子がＤＲＡＭを含む場合のように、温度上昇が記憶保持特性の劣化を招いていた半導体素子の特性の劣化を防ぐことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係るＳＢＭタイプの積層型パッケージを用いた半導体装置及びこの半導体装置を構成し、外部接続端子を取り付けた絶縁基板の裏面の斜視図。
【図２】図１の半導体装置の各部材が積層された状態の断面図（図１のＡ−Ａ′線に沿う部分の断面図）。
【図３】本発明の第１の実施例の外部接続端子を取り付けた絶縁基板の他の例を示す平面図。
【図４】本発明の第２の実施例に係るＳＢＭタイプの積層型パッケージを用いた半導体装置の各部材が積層された状態の断面図。
【図５】本発明の第３の実施例に係るＳＢＭタイプの積層型パッケージを用いた半導体装置を搭載した実装基板の断面図。
【図６】パッケージの使用時温度の外部接続端子用ボール依存性を示した特性図。
【図７】従来の積層型パッケージを用いた半導体装置の斜視図及び積層型パッケージの下層の絶縁基板に取り付けた外部接続端子を示す斜視図。
【符号の説明】
１、１′、２１、１０１・・・第１の絶縁基板、
２、２２、１０２・・・第２の絶縁基板、
３、２３、１０３・・・第３の絶縁基板、
４、２４、１０４・・・配線基板、  ５、２５、１０５・・・半導体素子（チップ）、
６、９、９′、１１、１３、２６、２８、２９、２９′、３３、１０９、１０９′、１１１、１１３・・・ランド、
７、２７、１０７・・・開口部（チップキャビティ部）、
８、１２、３２、１０８、１１２・・・配線、
１０、２０・・・パッケージ、
１４、３４、１１０・・・外部接続端子用ボール、
１４′・・・外部接続端子用ボール領域、
１５、３５・・・放熱用導電性ボール、
１５′・・・放熱用導電性ボール領域、
１６・・・アンダーフィル樹脂（樹脂封止体）、
１７、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ、３７、３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３７ｄ・・・接続電極、
１８・・・バンプ電極、    １９・・・接着剤層、
３０・・・高熱伝導性絶縁シート、    ３１・・・多層型実装基板、
３８、３８ａ、３８ｂ・・・熱伝導路、
３９・・・信号用基板配線、    ３９ａ・・・電源用基板配線、
３９ｂ・・・接地用基板配線。
【図１】
0003655242.tif 000002
【図２】
0003655242.tif 000003
【図３】
0003655242.tif 000004
【図４】
0003655242.tif 000005
【図５】
0003655242.tif 000006
【図６】
0003655242.tif 000007
【図７】
0003655242.tif 000008