(57)【要約】【課題】  厚みが薄く低コストで簡単な構成の半導体装置を提供する。【解決手段】  メモリモジュール１００は、両側部２９を中央部３０に比較して肉厚に形成することにより上下面にそれぞれ上側凹部１、下側凹部２を構成したメモリ基板５と、メモリ基板５の上側凹部１内に収容されてメモリ基板５の凹部上面パターン３７に接合されるメモリチップ６と、メモリチップ６の上側に配置されてメモリ基板５の両側部上面パターン３８に両側部上面において接合されるメモリチップ８と、メモリ基板５の下側凹部２内に収容されてメモリ基板５の凹部下面パターンに接合されるメモリチップ７と、メモリチップ７の下側に配置されてメモリ基板５の両側部下面パターンに両側部下面において接合されるメモリチップ９とを備える。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
両側部を中央部に比較して肉厚に形成することにより上下面の中央部にそれぞれ凹部を構成した基板と、基板の上側凹部内に収容されて基板の凹部上面パターンに接合される第１半導体チップと、第１半導体チップの上側に配置されて基板の両側部上面パターンに両側部上面において接合される第２半導体チップと、基板の下側凹部内に収容されて基板の凹部下面パターンに接合される第３半導体チップと、第３半導体チップの下側に配置されて基板の両側部下面パターンに両側部下面において接合される第４半導体チップとを備えたことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
第２半導体チップは、基板の上面に垂直な方向から見て第１半導体チップを覆うように配置される請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
第１及び第２半導体チップは、基板の上面に垂直な方向から見て、同一の長方体形状を有し、それらの長手方向が互いに交差する方向に配置される請求項１または２記載の半導体装置。
【請求項４】
基板の両側部は、上側凹部内にそれぞれ段差部を有し、第１半導体チップ上面が段差部上面にワイヤーボンディングで接合される請求項１乃至３の何れかに記載の半導体装置。
【請求項５】
段差部上面の高さは、第１半導体チップ上面の高さよりも低い請求項４記載の半導体装置。
【請求項６】
第１半導体チップ上に設けられて第２半導体チップを支持する第１補強部材を有する請求項１乃至５の何れかに記載の半導体装置。
【請求項７】
基板の上側凹部底面上に設けられて第１半導体チップを支持する第２補強部材を有する請求項１乃至６の何れかに記載の半導体装置。
【請求項８】
両側部を中央部に比較して肉厚に形成することにより上下面の中央部にそれぞれ凹部を構成した基板の上側凹部内に第１半導体チップを収容して基板の凹部上面パターンに接合し、第２半導体チップを基板の下側凹部内に収容して基板の凹部下面パターンに接合し、第３半導体チップを第１半導体チップの上側に配置して基板の両側部上面パターンに両側部上面において接合し、第４半導体チップを第３半導体チップの下側に配置して基板の両側部下面パターンに両側部下面において接合することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
両側部を中央部に比較して肉厚に形成することにより上下面の中央部にそれぞれ凹部を構成したメモリ基板と、メモリ基板の上側凹部内に収容されてメモリ基板の凹部上面パターンに接合される第１メモリチップと、第１メモリチップの上側に配置されてメモリ基板の両側部上面パターンに両側部上面において接合される第２メモリチップと、メモリ基板の下側凹部内に収容されてメモリ基板の凹部下面パターンに接合される第３メモリチップと、第３メモリチップの下側に配置されてメモリ基板の両側部下面パターンに両側部下面において接合される第４メモリチップとを備えたメモリモジュールをベース基板の一方の面に実装するとともに、このベース基板の他方の面に第１乃至第４メモリチップの動作を制御するＩＣチップを実装し、全体をパッケージ内に収納したことを特徴とするカード型記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板に複数の半導体チップを接合した半導体装置、その製造方法およびこれを用いたカード型記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板に複数の半導体チップを接合した半導体装置は、従来から知られている（例えば特許文献１参照）。図７は、従来の半導体装置９０の正面図である。半導体装置９０はメモリ基板９３を備える。このメモリ基板９３の両面には、ベアＩＣチップ９１、９２がバンプ９８を介してメモリ基板９３の上下面パターンにそれぞれフリップチップ実装される。メモリ基板９３のベアＩＣチップ９２側に、メモリ基板９６が配置される。メモリ基板９６の両面には、ベアＩＣチップ９４、９５がバンプ９８を介してメモリ基板９６の上下面パターンにそれぞれフリップチップ実装される。ベアＩＣチップ９４はベアＩＣチップ９２に対向する位置に配置される。メモリ基板９３とメモリ基板９６との間に銅等からなる複数の導体ボール９７が設けられる。この導体ボール９７はメモリ基板９３とメモリ基板９６とを略平行に保持するとともにメモリ基板９３の上下面パターンとメモリ基板９６の上下面パターンとを電気的に接合する。
【０００３】
また、基板の表面に設けた凹部内にチップサイズパッケージ（ＣＳＰ）されたＣＳＰメモリＩＣを実装し、且つ、左右にのみリード線を持つ薄型スモールアウトラインパッケージ（ＴＳＯＰ）によりパッケージされたＴＳＯＰメモリＩＣを、ＣＳＰメモリＩＣ及び凹部の上側にそれを覆うように基板上に実装する構成が知られている（特許文献２参照）。
【０００４】
さらに、複数の半導体チップを収納し、これらの半導体チップが、バンプにより所定の電気配線パターンを有する電気絶縁基板に電気的に接続されてなるマルチチップモジュールにおいて、電気絶縁基板に多段式凹部を形成し、各半導体チップを該凹部に上下方向に相互に離間して収容する構成が知られている（特許文献３参照）。
【特許文献１】特開２００２−２０７９８６号公報（図７）
【特許文献２】特開２００２−２０４０５３号公報（図１）
【特許文献３】特開平５−２７５６１１号公報（図１〜図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら図７に示す両面にベアＩＣチップを実装したメモリモジュール間を導体ボールで接合する半導体装置を、所定の寸法が規定されている小型メモリカードに実装しようとすると、その厚みに制約が生じ、半導体装置をさらに薄くする必要があるが、導体ボールの径はさらに小さくすることが困難であり、またベアＩＣチップの多ピン化により導体ボールの数が増えてコストが増大するという問題がある。
【０００６】
また特許文献２および特許文献３の構成のように、基板の片面に設けた凹部内にＩＣチップを収容する構成では、ＩＣチップを３層以上積層しようとした場合に、ＩＣチップの電気配線パターンの構成が複雑になるという問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、上記従来例の問題点を解決し得る半導体装置、半導体装置の製造方法およびカード型記録媒体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の半導体装置は、両側部を中央部に比較して肉厚に形成することにより上下面の中央部にそれぞれ凹部を構成した基板と、基板の上側凹部内に収容されて基板の凹部上面パターンに接合される第１半導体チップと、第１半導体チップの上側に配置されて基板の両側部上面パターンに両側部上面において接合される第２半導体チップと、基板の下側凹部内に収容されて基板の凹部下面パターンに接合される第３半導体チップと、第３半導体チップの下側に配置されて基板の両側部下面パターンに両側部下面において接合される第４半導体チップとを備えたことを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、基板の両側部を中央部に比較して肉厚に形成することにより上下面の中央部にそれぞれ凹部を構成したので、基板の上側凹部内に収容した第１半導体チップの上側に第２半導体チップを配置し、基板の下側凹部内に収容した第３半導体チップの下側に第４半導体チップを配置することができる。このため、積層後の半導体装置を薄くすることができる。また基板の両面に４個の半導体チップを２個ずつに分けて積層するので、基板の片面に４個の半導体チップを積層する構成のように配線が密になることがない。
【００１０】
また第２半導体チップは、基板の上面に垂直な方向から見て第１半導体チップを覆うように配置されることが好ましい。半導体チップの形状が異なる場合に、形状の小さい方を第１半導体チップとして上側凹部内に収容し、大きい方を第２半導体チップとして第１半導体チップを覆うように配置することができ、第１及び第２半導体チップを狭い面積内で高密度に配置することができる。
【００１１】
第１及び第２半導体チップは、基板の上面に垂直な方向から見て、同一の長方体形状を有し、それらの長手方向が互いに交差する方向に配置されることが好ましい。半導体チップの形状が同一の場合でも、一部を重ねる構成とすることにより、半導体装置を薄くすることができる。
【００１２】
基板の両側部は、上側凹部内にそれぞれ段差部を有し、第１半導体チップ上面が段差部上面にワイヤーボンディングで接合されることが好ましい。段差部を設けることにより、上側凹部内の上面パターンに第１半導体チップをワイヤーボンディングで容易に接合することができる。
【００１３】
段差部上面の高さは、第１半導体チップ上面の高さよりも低いことが好ましい。ワイヤーボンディングで第１半導体チップを段差部に容易に接合できるからである。
【００１４】
第１半導体チップ上に設けられて第２半導体チップを支持する第１補強部材を有することが好ましい。基板の上側凹部を跨いで配置される第２半導体チップの強度を補強するためである。
【００１５】
基板の上側凹部底面上に設けられて第１半導体チップを支持する第２補強部材を有することが好ましい。ワイヤーボンディングで段差部に接合された第１半導体チップを支持することができるからである。
【００１６】
本発明の半導体装置の製造方法は、両側部を中央部に比較して肉厚に形成することにより上下面の中央部にそれぞれ凹部を構成した基板の上側凹部内に第１半導体チップを収容して基板の凹部上面パターンに接合し、第２半導体チップを基板の下側凹部内に収容して基板の凹部下面パターンに接合し、第３半導体チップを第１半導体チップの上側に配置して基板の両側部上面パターンに両側部上面において接合し、第４半導体チップを第３半導体チップの下側に配置して基板の両側部下面パターンに両側部下面において接合することを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、基板の両側部を中央部に比較して肉厚に形成することにより上下面の中央部にそれぞれ凹部を構成したので、基板の上側凹部内に収容した第１半導体チップの上側に第３半導体チップを配置し、基板の下側凹部内に収容した第２半導体チップの下側に第４半導体チップを配置することができる。このため、積層後の半導体装置を薄くすることができる。また基板の両面に４個の半導体チップを２個ずつに分けて積層するので、基板の片面に４個の半導体チップを積層する構成のように配線が密になることがない。
【００１８】
本発明のカード型記録媒体は、両側部を中央部に比較して肉厚に形成することにより上下面の中央部にそれぞれ凹部を構成したメモリ基板と、メモリ基板の上側凹部内に収容されてメモリ基板の凹部上面パターンに接合される第１メモリチップと、第１メモリチップの上側に配置されてメモリ基板の両側部上面パターンに両側部上面において接合される第２メモリチップと、メモリ基板の下側凹部内に収容されてメモリ基板の凹部下面パターンに接合される第３メモリチップと、第３メモリチップの下側に配置されてメモリ基板の両側部下面パターンに両側部下面において接合される第４メモリチップとを備えたメモリモジュールをベース基板の一方の面に実装するとともに、このベース基板の他方の面に第１乃至第４メモリチップの動作を制御するＩＣチップを実装し、全体をパッケージ内に収納したことを特徴とする。
【００１９】
この構成によれば、基板の両側部を中央部に比較して肉厚に形成することにより上下面の中央部にそれぞれ凹部を構成したので、メモリ基板の上側凹部内に収容した第１メモリチップの上側に第２メモリチップを配置し、メモリ基板の下側凹部内に収容した第３メモリチップの下側に第４メモリチップを配置することができる。このため、第１乃至第４メモリチップを積層した後のメモリモジュールを薄くすることができ、薄型のカード型記録媒体を得ることができる。またメモリ基板の両面に４個のメモリチップを２個ずつに分けて積層するので、メモリ基板の片面に４個のメモリチップを積層する構成のように配線が密になることがない薄型のカード型記録媒体を得ることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、厚みが薄く低コストで簡単な構成の半導体装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１は本実施の形態に係る小型メモリカード２００のケースを除いた状態での概略斜視図であり、図２（ａ）は小型メモリカード２００に設けられたメモリモジュール１００の要部平面図であり、図２（ｂ）はその正面図であり、図３は小型メモリカード２００の側面断面図である。
【００２２】
小型メモリカード２００は、ベース基板モジュール２３を備える。このベース基板モジュール２３は長方形状のベース基板１０を有し、その上面１１上に形成された上面パターン３９にメモリモジュール１００が実装される。メモリモジュール１００およびベース基板モジュール２３は、上ケース１５Ａ、下ケース１５Ｂからなるパッケージ１４に収納される。ベース基板１０の下面１２には、ＡＳＩＣ用ＩＣチップ１３とマイクロプロセッサ用ＩＣチップ１３Ａとが、互いに所定の間隔を空けてベース基板１０の下面パターンに接合されている。ベース基板１０の上面１１には、チップコンデンサ３４、チップ抵抗３５がベース基板１０の上面パターンに接合されている。
【００２３】
ベース基板１０の各長辺に沿って貫通孔２４が多数形成され、メモリモジュール１００のメモリ基板５には各貫通孔２４に対向する貫通孔２５がそれぞれ多数形成されている。ベース基板１０の各貫通孔２４とメモリ基板５の各貫通孔２５とをそれぞれ貫通する多数の導電性ワイヤ２６が設けられている。導電性ワイヤ２６は、ベース基板１０の上下面パターンとメモリ基板５の上下面パターンとを電気的に接続する。
【００２４】
ベース基板１０の下面１２に小型メモリカードのカード電極３６が、上ケース１５Ａ、下ケース１５Ｂから露出して設けられている。
【００２５】
メモリ基板５は、両側部２９を中央部３０に比較して肉厚に形成することにより上下面３、４の中央部３０にそれぞれ上側凹部１、下側凹部２を構成する。上側凹部１および下側凹部２は長辺方向に沿ってメモリ基板５の両端面２７をそれぞれ貫通する。
【００２６】
メモリ基板５の上側凹部１内には２個のメモリチップ６が長辺方向に沿って収容され、メモリ基板５の凹部上面パターン３７にバンプ２８を介して接合される。メモリチップ６を覆うようにメモリチップ８が、両側部２９に形成された両側部上面パターン３８にバンプ３１を介して接合される。
【００２７】
メモリ基板５の下側凹部２内には、２個のメモリチップ７がメモリチップ６に対応して収容され、メモリ基板５の凹部下面パターンにバンプ３２を介して接合される。メモリチップ７を覆うようにメモリチップ９が、両側部２９に形成された両側部下面パターンにバンプ３３を介して接合される。
【００２８】
このように構成された小型メモリカード２００は以下のようにして製造される。まず、メモリ基板５の上側凹部１内の凹部上面パターン３７にメモリチップ６を接合する。そしてメモリチップ７を下側凹部２内の凹部下面パターンに接合する。次にメモリチップ８を両側部２９の両側部上面パターン３８に接合する。その後メモリチップ９を両側部２９の両側部下面パターンに接合してメモリモジュール１００を完成する。
【００２９】
そして、ベース基板１０の上面１１にメモリモジュール１００、チップコンデンサ３４及びチップ抵抗３５を接合し、ベース基板１０の下面１２にＡＳＩＣ用ＩＣチップ１３、マイクロプロセッサ用ＩＣチップ１３Ａ及びカード電極３６を実装する。次に、パッケージ１４の上ケース１５Ａ、下ケース１５Ｂを、カード電極３６を露出させて略全体を覆うようにベース基板１０に取り付けて、小型メモリカード２００を完成させる。
【００３０】
図４は、本実施の形態に係る第１変形例の要部平面図である。図４に示すように、同一の長方体形状を有する２個のメモリチップ８Ａを互いに直交する方向に配置して、上側凹部１の凹部上面パターンおよび両側部２９の両側部上面パターンにそれぞれ接合してもよい。
【００３１】
図５は、本実施の形態に係る第２変形例の正面図である。図５に示すように、メモリチップ６上にメモリチップ８を支持する補強部材２１を設けてもよい。またメモリチップ７上に補強部材２１を設けてメモリチップ９を支持するようにしてもよい。
【００３２】
図６は、本実施の形態に係る第３変形例の正面図である。メモリ基板５の上側凹部１の底面１９上には、メモリチップ６Ａを支持する補強部材２２が設けられる。メモリ基板５の両側部２９は、上側凹部１側にそれぞれ段差部１６を有する。メモリチップ６Ａの上面は、段差部１６の上面１７の凹部上面パターンにワイヤーボンディングの導体線１８で接合される。段差部１６の上面１７の高さＨ１は、メモリチップ６Ａの上面の高さＨ２よりも低い。メモリチップ６Ａ上にメモリチップ８Ｂを支持する補強部材２１Ａが設けられる。メモリチップ８Ｂの上面は、両側部２９の両側部上面パターンにワイヤーボンディングの導体線１８で接合される。両側部２９の下側についても図６に示すように上側と同様に構成される。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、基板に複数の半導体チップを接合した半導体装置、その製造方法およびこれを用いたカード型記録媒体に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本実施の形態に係る小型メモリカードのケースを除いた状態での概略斜視図である。
【図２】（ａ）は本実施の形態に係る小型メモリカードに設けられたメモリモジュールの要部平面図であり、（ｂ）はその正面図である。
【図３】本実施の形態に係る小型メモリカードの側面断面図である。
【図４】本実施の形態に係る第１変形例の要部平面図である。
【図５】本実施の形態に係る第２変形例の正面図である。
【図６】本実施の形態に係る第３変形例の正面図である。
【図７】従来の半導体装置の正面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  上側凹部
２  下側凹部
３  上面
４  下面
５  メモリ基板
６、７、８、９  メモリチップ
１０  ベース基板
１１  上面
１２  下面
１３  ＩＣチップ
１４  パッケージ
１５Ａ  上ケース
１５Ｂ  下ケース
１６  段差部
１７  上面
１８  導体線
１９  底面
２０  上面
２１、２２  補強部材
２３  ベース基板モジュール
３７  凹部上面パターン
３８  両側部上面パターン
１００  メモリモジュール
２００  小型メモリカード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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