(57)【要約】【課題】  高温加熱すること無しに、昇温で強固に接合して容易に積層できるスタック型半導体装置を提供する。【解決手段】  上面３８に複数の接続端子３５ｂを備える半導体装置３１ａに、下面３９に複数の接続穴３４を備える半導体装置３１ｂを積層して形成されるスタック型半導体装置１３１の製造方法であって、接続端子３５ｂは先端に入り勝手を備えた円柱形であり、接続穴３４は、内径寸法が接続端子３５ｂの外径寸法と等しいか小さく形成され、接続端子３５ｂを受け入れ可能で、接続穴３４の温度を、接続端子３５ｂの温度より高い温度差１〜２５０℃の範囲に設定し、この温度差よって、半導体装置３１ｂの接続穴３４を、半導体装置３１ａの接続端子３５ｂと比べて相対的に膨張して広がった状態にして、接続端子３５ｂの先端を傾斜面にして押し込み、または、弾性変形させる。他に接続穴３４は円錐台状穴で、接続端子は、円錐台形、球形、四角錐台形を備える。【選択図】      図６
2006203005.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一面に複数の接続穴と、他面に複数の接続端子とを備える半導体装置を積層して形成されるスタック型半導体装置であって、
前記接続穴は、前記接続端子を受け入れ可能で穴の奥が狭くなるテーパ角を有する円錐台状穴であることを特徴とするスタック型半導体装置。
【請求項２】
前記接続端子は先端が細くなる円錐台形であり、前記接続穴は、この接続穴の開口部の内径が前記接続端子の基部の外径より小さく、かつ、前記接続穴の円錐台状穴のテーパ角が前記接続端子の円錐台形のテーパ角より小さい円錐台状穴であることを特徴とする請求項１に記載のスタック型半導体装置。
【請求項３】
前記接続端子は球形であり、前記接続穴は、この接続穴の開口部の内径が前記接続端子の直径より大きく、かつ、前記接続端子が前記接続穴に挿入され前記接続穴の底面に達する前に前記円錐台状穴の斜面に圧入されて、前記接続端子を弾性変形可能に挟持する円錐台状穴であることを特徴とする請求項１に記載のスタック型半導体装置。
【請求項４】
前記接続端子は先端が細くなる多角錐台形であり、前記接続穴は、この接続穴の開口部の内径が前記接続端子の基部の外径より小さく、かつ、前記接続穴の円錐台状穴のテーパ角が前記接続端子の多角錐台形の稜線のテーパ角より小さい円錐台状穴で、前記円錐台状穴の側面に前記稜線およびその近傍を食い込ませて圧入される円錐台状穴であることを特徴とする請求項１に記載のスタック型半導体装置。
【請求項５】
一面に複数の接続穴と、他面に複数の接続端子とを備える半導体装置を積層して形成されるスタック型半導体装置であって、
前記接続端子は先端が細くなる多角錐台形であり、前記接続穴は、前記接続端子を受け入れ可能な円筒状穴で、かつ、前記接続穴の内径が前記接続端子の基部の外径より小さく、前記円筒状穴の側面に前記接続端子の多角錐台形の稜線およびその近傍を食い込ませて圧入される円筒状穴であることを特徴とするスタック型半導体装置。
【請求項６】
前記多角錐台形の稜線、前記円錐台形、および前記円錐台状穴に形成されるそれぞれのテーパ角は、１〜８°の範囲に設定することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のスタック型半導体装置。
【請求項７】
一面に複数の接続穴と、他面に複数の接続端子とを備える半導体装置を積層して形成されるスタック型半導体装置であって、
前記接続端子は円柱形であり、前記接続穴は、前記接続端子を受け入れ可能な円筒状穴で、かつ、前記接続端子としまりばめの関係を構成することを特徴とするスタック型半導体装置。
【請求項８】
一面に複数の接続穴を備え、他面に複数の接続端子を備える半導体装置を積層して形成されるスタック型半導体装置の製造方法であって、
前記接続穴の温度を、前記接続端子の温度に対して温度差を持たせる工程を含み、
積層しようとする半導体装置の接続端子を、前記接続穴に挿入することを特徴とするスタック型半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記温度差を１〜２５０℃の範囲に設定することを特徴とする請求項８に記載のスタック型半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置を積層して形成されるスタック型半導体装置に関し、特に、積層タイプのＰＴＰ（Paper Thin Package）である半導体装置を積層したスタック型半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、積層タイプのスタック型半導体装置の一構造例として、薄型半導体装置のパッケージの底面に設けられた半田ボールで形成された接続端子によって、複数の半導体装置を積層して接合するスタック型半導体装置の構造が挙げられる。このような構造のスタック型半導体装置について、米国特許ＵＳ６３０３９９７号公報を参照して説明する。図８は、スタック型半導体パッケージの構造図である。半導体チップ５１は、接着剤５２によってインナーリード５３に接合されている。インナーリード５３は、半導体チップ５１の入出力パッド５４にボンデリングワイヤ５５によりワイヤボンデリングされて、半導体チップ５１に形成された集積回路（図略）と電気的に導通を得ている。さらに、これらの構造体は樹脂５６により封止されている。なお、インナーリード５３の下面からは、半導体パッケージ５０の外部への接続端子として半田ボール５７が設けられている。この半田ボール５７が、上面に備えられた接続面５８に半田付けされて、複数の半導体パッケージ５０が半田ボール５７によって互いに接合され、次第に何層にも積層されて、スタック型半導体パッケージ２００が形成されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】ＵＳ６３０３９９７号公報（第５〜第６頁、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、半導体装置を何層にも積層する際に、高温加熱して半田を溶融させる必要があり、この加熱によって、すでに接合している箇所に影響を与えてしまうという問題があった。
【０００４】
本発明は、前記問題を解決するためになされたものであり、高温加熱すること無しに強固に接合して容易に積層できるスタック型半導体装置およびその製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決した本発明の請求項１に記載の発明は、一面に複数の接続穴と、他面に複数の接続端子とを備える半導体装置を積層して形成されるスタック型半導体装置であって、前記接続穴は、前記接続端子を受け入れ可能で穴の奥が狭くなるテーパ角を有する円錐台状穴であることを特徴とする。
なお、便宜上、前記一面とは、半導体装置の上面をいい、前記他面とはその下面をいう。また、一面と他面とは、それぞれ下面と上面であっても良い。
【０００６】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のスタック型半導体装置であって、前記接続端子は先端が細くなる円錐台形であり、前記接続穴は、この接続穴の開口部の内径が前記接続端子の基部の外径より小さく、かつ、前記接続穴の円錐台状穴のテーパ角が前記接続端子の円錐台形のテーパ角より小さい円錐台状穴であることを特徴とする。
【０００７】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のスタック型半導体装置であって、前記接続端子は球形であり、前記接続穴は、この接続穴の開口部の内径が前記接続端子の直径より大きく、かつ、前記接続端子が前記接続穴に挿入され前記接続穴の底面に達する前に前記円錐台状穴の斜面に圧入されて、前記接続端子を弾性変形可能に挟持する円錐台状穴であることを特徴とする。
【０００８】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載のスタック型半導体装置であって、前記接続端子は先端が細くなる多角錐台形であり、前記接続穴は、この接続穴の開口部の内径が前記接続端子の基部の外径より小さく、かつ、前記接続穴の円錐台状穴のテーパ角が前記接続端子の多角錐台形の稜線のテーパ角より小さい円錐台状穴で、前記円錐台状穴の側面に前記稜線およびその近傍を食い込ませて圧入される円錐台状穴であることを特徴とする。
【０００９】
請求項５に記載の発明は、一面に複数の接続穴と、他面に複数の接続端子とを備える半導体装置を積層して形成されるスタック型半導体装置であって、前記接続端子は先端が細くなる多角錐台形であり、前記接続穴は、前記接続端子を受け入れ可能な円筒状穴で、かつ、前記接続穴の内径が前記接続端子の基部の外径より小さく、前記円筒状穴の側面に前記接続端子の多角錐台形の稜線およびその近傍を食い込ませて圧入される円筒状穴であることを特徴とする。
【００１０】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のスタック型半導体装置であって、前記多角錐台形の稜線、前記円錐台形、および前記円錐台状穴に形成されるそれぞれのテーパ角は、１〜８°の範囲に設定することを特徴とする。
【００１１】
請求項７に記載の発明は、一面に複数の接続穴と、他面に複数の接続端子とを備える半導体装置を積層して形成されるスタック型半導体装置であって、前記接続端子は円柱形であり、前記接続穴は、前記接続端子を受け入れ可能な円筒状穴で、かつ、前記接続端子としまりばめの関係を構成することを特徴とする。
【００１２】
請求項８に記載の発明は、一面に複数の接続穴を備え、他面に複数の接続端子を備える半導体装置を積層して形成されるスタック型半導体装置の製造方法であって、前記接続穴の温度を、前記接続端子の温度に対して温度差を持たせる工程を含み、積層しようとする半導体装置の接続端子を、前記接続穴に挿入することを特徴とする。
【００１３】
請求項９に記載の発明は、請求項８に記載のスタック型半導体装置の製造方法であって、前記温度差を１〜２５０℃の範囲に設定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に記載の発明によれば、一面に複数の接続穴と、他面に複数の接続端子とを備える半導体装置を積層して形成されるスタック型半導体装置であって、接続穴は、接続端子を受け入れ可能で穴の奥が狭くなるテーパ角を有する円錐台状穴であるため、接続端子を容易に受け入れることができる。
【００１５】
請求項２に記載の発明によれば、接続端子は先端が細くなる円錐台形であり、接続穴は、この接続穴の開口部の内径が接続端子の基部の外径より小さく、かつ、接続穴の円錐台状穴のテーパ角が接続端子の円錐台形のテーパ角より小さい円錐台状穴であるため、一旦、接続端子と接続穴とが嵌合している状態では、接続端子と接続穴との間に金属間接合が発生し、容易に外れたり、抜けたりすることはない。さらに、接合面が抜け難いモールステーパのような小さなテーパ角を形成することによって、さらに、強固な接合を維持することができる。また、接続穴の温度を接続端子の温度より高くした状態で嵌合させる場合は、自然冷却後に、接続端子と接続穴との間は、しまりばめによって接合され、容易に外れたり、抜けたりすることはない。
【００１６】
請求項３に記載の発明によれば、接続端子は球形であり、接続穴は、この接続穴の開口部の内径が接続端子の直径より大きく、かつ、接続端子が接続穴に挿入され接続穴の底面に達する前に円錐台状穴の斜面に圧入されて、接続端子を弾性変形可能に挟持する円錐台状穴であるため、球形の接続端子は、円錐台状穴の接続穴に容易に挿入され、一旦、接続端子と接続穴とが嵌合している状態では、接続端子と接続穴との間に金属間接合が発生し、容易に外れたり、抜けたりすることはない。また、接続穴の温度を接続端子の温度より高くした状態で嵌合させる場合は、自然冷却後に、接続端子と接続穴との間は、しまりばめによって接合され、容易に外れたり、抜けたりすることはない。
【００１７】
請求項４に記載の発明によれば、接続端子は先端が細くなる多角錐台形であり、接続穴は、この接続穴の開口部の内径が接続端子の基部の外径より小さく、かつ、接続穴の円錐台状穴のテーパ角が接続端子の多角錐台形の稜線のテーパ角より小さい円錐台状穴で、円錐台状穴の側面に稜線を食い込ませて圧入される円錐台状穴であるため、多角錐台形の複数の稜線の少なくとも１つが接続穴のテーパ面に食い込み、電気的に強固な接続を可能とする。また、一旦、接続端子と接続穴とが嵌合している状態では、接続端子と接続穴との間に金属間接合が発生し、容易に外れたり、抜けたりすることはない。また、接続穴の温度を接続端子の温度より高くした状態で嵌合させる場合は、自然冷却後に、接続端子と接続穴との間は、しまりばめによって接合され、容易に外れたり、抜けたりすることはない。
【００１８】
請求項５に記載の発明によれば、一面に複数の接続穴と、他面に複数の接続端子とを備える半導体装置を積層して形成されるスタック型半導体装置であって、接続端子は先端が細くなる多角錐台形であり、接続穴は、接続端子を受け入れ可能な円筒状穴で、かつ、接続穴の内径が接続端子の基部の外径より小さく、円筒状穴の側面に接続端子を食い込ませて圧入される円筒状穴であるため、多角錐台形の複数の稜線の少なくとも１つが接続穴のテーパ面に食い込み、電気的に強固な接続を可能とする。また、一旦、接続端子と接続穴とが嵌合している状態では、接続端子と接続穴との間に金属間接合が発生し、容易に外れたり、抜けたりすることはない。また、接続穴の温度を接続端子の温度より高くした状態で嵌合させる場合は、自然冷却後に、接続端子と接続穴との間は、しまりばめによって接合され、容易に外れたり、抜けたりすることはない。
【００１９】
請求項６に記載の発明によれば、円錐台形、円錐台状穴、多角錐台形および稜線に形成されるそれぞれのテーパ角は、１〜８°の範囲に設定するため、接合面が抜け難いモールステーパのような小さなテーパ角を形成することによって、さらに、強固な接合を維持することができる。
【００２０】
請求項７に記載の発明によれば、一面に複数の接続穴と、他面に複数の接続端子とを備える半導体装置を積層して形成されるスタック型半導体装置であって、前記接続端子は円柱形であり、前記接続穴は、前記接続端子を受け入れ可能な円筒状穴で、かつ、前記接続端子としまりばめの関係を構成するため、円柱形の接続端子は、円筒状の接続穴に圧入され、しまりばめによって接合され、その後、金属間接合をするので、容易に外れたり、抜けたりすることはなく、強固に接合できる。
【００２１】
請求項８および請求項９に記載の発明によれば、一面に複数の接続穴を備え、他面に複数の接続端子を備える半導体装置を積層して形成されるスタック型半導体装置の製造方法であって、接続穴の温度を、接続端子の温度に対して温度差を持たせる工程を含み、積層しようとする半導体装置の接続端子を、接続穴に挿入するため、接続穴の温度を接続端子の温度より高くした状態で嵌合されることにより、接続穴は、接続端子と比べて相対的に膨張して広がった状態にある。これにより、接続穴は接続端子を容易に挿入でき、かつ、それぞれが、室温に戻ると、しまりばめとなって固着し、その後、金属間接合をする。
また、接続穴と接続端子との間に温度差があれば良く、常温の室内で作業をすることを可能とし、スタック型半導体装置を形成するうえで効率良く積層作業ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態に係るスタック型半導体装置について、図面を参照して説明する。
図１（ａ）は、第１実施形態に係るスタック型半導体装置を構成する半導体装置の斜視図である。
図１（ａ）に示すように、半導体装置１は複数の接続穴４と接続端子５とを備えている。
図１（ｂ）〜図１（ｄ）は、図１（ａ）に示すＬ−Ｌ線の断面を拡大して示した工程断面図である。
図１（ｂ）に示すように、半導体装置１ａ,１ｂは、半導体チップ２と、半導体チップ２を樹脂で封止したパッケージ３と、半導体チップ２に電気的に導通された接続穴４や接続端子５ａ,５ｂとを備えて構成されている。接続穴４は、パッケージ３の上面にあって、碁盤の目状に複数個が設けられたテーパ形状の穴であり、表面にＡｕメッキが施されている。接続端子５ａは、半導体装置１ａをプリント基板（図略）に接合するための球状の端子である。接続端子５ｂは、接続穴４と同じテーパ形状を有し、碁盤の目状に複数個がパッケージ３の下面に突設され、根元に金メッキを施したＣｕ材から形成されている。
なお、ここで言う「上面」、「下面」は、特許請求の範囲における「一面」、「他面」に相当する。
また、接続穴４と接続端子５ａ,５ｂとの位置は、接続穴４をパッケージ３の上面に設け、接続端子５ａ,５ｂをパッケージ３の下面に設けているが、接続穴４をパッケージの下面に設け、接続端子５ａ,５ｂをパッケージ３の上面に設けても良いし、縦置きとした場合は、左面、右面としても良い。
【００２３】
図１（ｂ）に示すように、上面８に複数の接続穴４（図１（ａ）参照）と、下面９に複数の接続端子５ａ（図１（ａ）参照）を備える半導体装置１ａに、半導体装置１ｂを挿着する。
図１（ｃ）に示すように、半導体装置１ａに、半導体装置１ｂを挿着してスタック型半導体装置１０１を形成している。
図１（ｄ）に示すように、例えば、下層から積み上げた半導体装置１ａ,１ｂ,１ｃ,１ｄ,１ｅ,１ｆに、さらに、半導体装置１ｇを積層して、何層にも積層したスタック型半導体装置１０２を形成している。
図２（ａ）は、図１（ｂ）に示すＡ部の拡大図である。図２（ｂ）は、図１（ｃ）に示すＢ部の拡大図である。
図２（ａ）に示すように、半導体装置１ｂの接続端子５ｂは、先端が細くなる円錐台形であり、半導体装置１ａの接続穴４は、この接続穴４の開口部４ａの内径が接続端子５ｂの基部５ｂａの外径より小さく、かつ、接続穴４の円錐台状穴のテーパ角が接続端子５ｂの円錐台形のテーパ角より小さい円錐台状穴である。
このように、接合面が抜け難いモールステーパ、ナショナルテーパなどのような小さなテーパ角を採用している。そして、このテーパ角は１〜８°に設定されている。
すなわち、半導体装置１ａの接続穴４の内径は、半導体装置１ｂの接続端子５ｂの外径寸法とほぼ等しいか、接続端子５ｂの外径寸法より小さく形成されている。
また、半導体装置１ａの上面８には、複数の接続穴４が設けられており、この複数の接続穴４に対応する複数の接続端子５ｂが半導体装置１ｂの下面９に設けられている。
【００２４】
なお、半導体装置１ｂに、半導体装置１ａを挿着するようにしても構わない。このとき、接続端子５ａを、半導体装置１ｂの接続穴４に形成して、半導体装置１ａの接続端子５ａの代わりに接続端子５ｂを形成する。
【００２５】
次に、以上の構成を備えたスタック型半導体装置の製造方法を説明する。
図２（ａ）に示すように、半導体装置１ａ，１ｂは室温に配置された状態にあり、半導体装置１ｂの接続端子５ｂを、半導体装置１ａの接続穴４に圧入すると、半導体装置１ａの接続穴４と半導体装置１ｂの接続端子５ｂとはしまりばめによって接合され、半導体装置１ａに半導体装置１ｂが積層され、図２（ｂ）に示すように、スタック型半導体装置１０１が形成される。
また、これを繰り返して、図１（ｄ）に示すように、何層にも積層されたスタック型半導体装置１０２を形成することが可能である。この何層にも積層されたスタック型半導体装置１０２は、複数の半導体装置が接続穴と接続端子とを介して電気的に導通されて一体に形成されている。
また、接続端子５ｂは先端が細くなる円錐台形であり、接続穴４は接続端子５ｂを受け入れ可能で穴の奥が狭くなる円錐台状穴で挿入が容易であるので、接続端子５ｂと接続穴４とが、しまりばめによって接合され、その後、金属間接合をするため、容易に外れたり、抜けたりすることはない。
また、接合面が抜け難いモールステーパ、ナショナルテーパのような小さなテーパ角１〜８°を採用することによって、さらに、強固な接合を維持することができる。また、常温の室内で作業をすることができるため、効率良く積層作業ができる。
【００２６】
また、半導体装置１ｂは室温に配置された状態にして、半導体装置１ａは、室温より４０℃（１〜２５０℃の範囲で設定が可能）高い温度に昇温された状態にしても良い。これによって、半導体装置１ｂの接続端子５ｂは、室温における外径寸法になっており、半導体装置１ａの接続穴４は、室温より４０℃高い温度における内径寸法になっている。このため、接続端子５ｂは、拡径した接続穴４に容易に挿入することができる。
つまり、接続穴４の温度を、接続端子５ｂの温度より４０℃程高くし、室温においてその温度差を４０℃持たせるように設定している。
これにより、半導体装置１ａの接続穴４は、半導体装置１ｂの接続端子５ｂと比べて相対的に膨張して広がった状態にあるため、半導体装置１ｂの接続端子５ｂは、半導体装置１ａの接続穴４に容易に挿入され、半導体装置１ａに半導体装置１ｂが積層される。
このとき、半導体装置１ａの接続穴４と半導体装置１ｂの接続端子５ｂとは、焼きばめにより接合され、その後、金属間接合をするので、容易に外れたり、抜けたりすることはない。
また、接合面が抜け難いモールステーパ、ナショナルテーパのような小さなテーパ角を採用することによって、さらに、強固な接合を維持することができる。また、常温の室内で作業をすることができるため、効率良く積層作業ができる。
なお、昇温や保温の方法は、温風を吹きかける方法でも良いし、高温槽に入れて昇温または保温させてもよい。また、逆に、一方の半導体装置、例えば、半導体装置１ｂを冷却して温度差を持たせるようにしても良い。
【００２７】
ここで、金属間接合について説明する。金属間接合を生じさせるためには、自由電子の海の中に原子核が収まる形で、自由電子を共有化できるまで近づけ、金属間を押圧する押圧力と原子の拡散（熱：温度と時間）が必要になる。
金属の溶け合い易さは、同じ結晶構造である方がお互いに固溶しやすい。たとえば、面心立方晶（ＦＣＣ）、体心立方晶（ＢＣＣ）、稠密六法晶（ＨＣＰ）であってもよい。
また、熱による原子間の近接は、熱エネルギーによって原子が揺動し、空孔等の助けを借りて金属中に原子の移動が生じる。この場合は、金属は表面を通して一方の金属が相手側に移動する原子の拡散現象によって互いの内部に原子が移動する。この自己拡散係数の大きい金属が好適である。
【００２８】
さらに、原子間の圧力による近接は、圧力によって金属間の原子間隔を近づけて接合に持ち込む手法に冷間圧接がある。この冷間圧接におけるリンギング現象は、金属原子同士がオングストロームの距離に近づくと、自由電子が共通化し、結晶格子点の原子と相互に作用し合い原子を結合させる。これは、室温であっても可能である。しかし、このリンギング現象にみられるように平面度が確保された条件で、数秒間に数０．１ＭＰａの押圧力を与えるだけで結合化の可能性があるが、拡散を伴わないので、横にずらすと外れる。
これらの結果、まず一方の金属材料をＮｉ、Ｃｕ、それらの合金とした場合、他方の金属材料は接合の強さの機械的強度からこの６種、たとえば、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ａｇと、それらの合金が好適である。
【００２９】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係るスタック型半導体装置について、図面を参照して説明する。
図３は、第２実施形態を説明する断面図であり、図３の（ａ）は、図１の（ｂ）に示すＡ部に対応する拡大図である。図３の（ｂ）は、図１の（ｃ）に示すＢ部に対応する拡大図である。
図３の（ａ）に示すように、半導体装置１１ａに、半導体装置１１ｂを挿着する。つまり、半導体装置１１ａの上面１８に設けた複数の接続穴１４（図１の（ａ）参照）に、半導体装置１１ｂの下面１９に設けた複数の接続端子１５（図１の（ａ）参照）を圧入して、半導体装置１１ａに半導体装置１１ｂを積層する。この第２実施形態と、前記した第１実施形態との相違点は、第１実施形態の接続端子５ｂが円錐台形であるのに対して、第２実施形態の接続端子１５を球状とした点である。なお、重複する箇所の説明は省略する。
【００３０】
図３の（ａ）に示すように、半導体装置１１ｂの接続端子１５は球形であり、半導体装置１１ａの接続穴１４は、この接続穴１４の開口部１４ａの内径が接続端子１５の直径より大きく、かつ、接続端子１５が接続穴１４に挿入され接続穴１４の底面に達する前に円錐台状穴の斜面１４ｃに圧入されて、接続端子１５を弾性変形可能に挟持している。
このとき、円錐台状穴の接続穴１４に形成されるテーパ角は、１〜８°の範囲に設定している。
接続穴１４は接続端子１５を受け入れ可能で穴の奥が狭くなる円錐台状穴であるため、球形の接続端子１５は、接続穴１４に容易に挿入される。
図３の（ｂ）に示すように、半導体装置１１ａに半導体装置１１ｂが積層されることによって、スタック型半導体装置１１１が形成される。また、これを繰り返して、図１の（ｄ）に示すように、何層にも積層されたスタック型半導体装置１０２を形成することが可能である。このように、半導体装置１１ａ，１１ｂは室温に配置された状態にあり、半導体装置１１ｂの接続端子１５を、半導体装置１１ａの接続穴１４に圧入することによって、半導体装置１１ａの接続穴１４と半導体装置１１ｂの接続端子１５とはしまりばめにより接合され、その後、金属間接合をするので、容易に外れたり、抜けたりすることはない。
【００３１】
なお、半導体装置１１ｂに、半導体装置１１ａを挿着するようにしても構わない。このとき、接続端子１５を、半導体装置１１ｂの接続穴１４に形成する。
【００３２】
また、図３の（ａ）に示すように、半導体装置１１ａの接続穴１４の温度は、前記同様に、半導体装置１１ｂの接続端子１５の温度より４０℃（１〜２５０℃の範囲で設定が可能）程度高い温度に設定しても良い。これによって、半導体装置１１ａの接続穴１４は、半導体装置１１ｂの接続端子１５と比べて相対的に膨張して広がった状態にあるため、半導体装置１１ｂの接続端子１５は、半導体装置１１ａの接続穴１４に容易に挿入される。このように、温度差によって嵌合させる場合には、半導体装置１１ｂに半導体装置１１ａを積層するのが好ましい。
【００３３】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態に係るスタック型半導体装置について、図面を参照して説明する。
図４の（ａ）は、図１の（ｂ）に示すＡ部に対応する拡大図である。図４の（ｂ）は、図１の（ｃ）に示すＢ部に対応する拡大図である。
図４の（ａ）に示すように、半導体装置２１ａに、半導体装置２１ｂを挿着する。
つまり、半導体装置２１ａの上面２８に設けた複数の接続穴２４に、半導体装置２１ｂの下面２９に設けた複数の接続端子２５ｂを挿着して、半導体装置２１ａに半導体装置２１ｂを積層する。この第３実施形態と、前記した第１実施形態との相違点は、第１実施形態の接続端子５ｂが円錐台形であるのに対して、第３実施形態の接続端子２５ｂを四角錐台形とした点である。なお、重複する箇所の説明は省略する。
【００３４】
図４の（ａ）に示すように、接続端子２５ｂは先端が細くなる四角錐台形であり、接続穴２４は、この接続穴２４の開口部２４ａの内径が接続端子２５ｂの基部２５ｂａの外径より小さく、かつ、接続穴２４の円錐台状穴のテーパ角が接続端子２５の四角錐台形の稜線２５ｃのテーパ角より小さい円錐台状穴で、この円錐台状穴の側面に稜線２５ｃおよびその近傍を食い込ませて圧入される円錐台状穴である。
このように、四角錐台形、および円錐台状穴に形成されるそれぞれのテーパ角は、１〜８°の範囲に設定されている。
ここでは、特許請求の範囲に記載の多角錐台形を、四角錐台形を例にして説明する。
【００３５】
接続穴２４は、接続端子２５ｂを受け入れ可能で穴の奥が狭くなる円錐台状穴であるため、四角錐台形の接続端子２５ｂは、接続穴２４に容易に挿入される。
図４の（ｂ）に示すように、半導体装置２１ａに半導体装置２１ｂが積層されることによって、スタック型半導体装置１２１が形成される。また、これを繰り返して、図１の（ｄ）に示すように、何層にも積層されたスタック型半導体装置１０２を形成することが可能である。
このように、半導体装置２１ａ，２１ｂは室温に配置された状態にあり、半導体装置２１ｂの接続端子２５ｂを、半導体装置２１ａの接続穴２４に圧入することによって、半導体装置２１ａの接続穴２４と半導体装置２１ｂの接続端子２５ｂとは、しまりばめにより接合され、その後、金属間接合をするので、容易に外れたり、抜けたりすることはない。
【００３６】
図４の（ｃ）は、図４の（ａ）に示すＣ−Ｃ線の断面図である。図４の（ｃ）に示すように、接続端子２５ｂに備えられた四角錐台形には、４つのテーパ状の稜線２５ｃ，２５ｃ，２５ｃ，２５ｃが形成されている。
図４の（ｄ）は、図４の（ｂ）に示すＤ−Ｄ線の断面図である。図４の（ｄ）に示すように、この４つの稜線２５ｃの少なくとも１つが、接続穴２４のテーパ面に食い込み、電気的に強固な接続を可能とする。
【００３７】
この４つの稜線２５ｃ，２５ｃ，２５ｃ，２５ｃを接続穴２４に押し付けると、稜線２５ｃが接続穴２４に食い込み、稜線２５ｃと接続穴２４が当たるところは、応力の集中が発生し強く接合する。食い込み条件としては、柔らかい金属同士よりも、一方が硬い金属で他方が柔らかい金属の方が好適である。
【００３８】
金属間接合の押圧時間は１〜３分で、接続端子２５ｂを押圧する力は０．０５〜１Ｎ（０．００５〜０．１ｋｇｆ）であるが、圧力に換算すると０．５〜１００ＭＰａ（５〜１０００ｋｇｆ／ｃｍ2）と上限がはね上がる。これは図４の（ｄ）に示すように、接触部が、四角錐の稜線２５ｃのみであり、その接触面積が微小であるために、圧力計算をすると驚くような数値になる。最初は有接点として電気的接続を果たし、その後は金属間接合した状態で電気的接続を果たすことになる。
【００３９】
なお、第１実施形態と同様に、半導体装置２１ｂに、半導体装置２１ａを挿着するようにしても構わない。このとき、接続端子２５ａを、半導体装置２１ｂの接続穴２４に形成し、半導体装置２１ａの接続端子２５ａの代わりに接続端子２５ｂを形成する。
【００４０】
また、半導体装置２１ａの接続穴２４の温度は、半導体装置２１ｂの接続端子２５ｂの温度より４０℃（１〜２５０℃の範囲で設定が可能）程度高い温度に設定しても良い。これによって、半導体装置２１ａの接続穴２４は、半導体装置２１ｂの接続端子２５ｂと比べて相対的に膨張して広がった状態にある。このため、接続端子２５ｂは、接続穴２４に容易に挿入することができる。
つまり、接続穴２４の温度を、接続端子２５ｂの温度より４０℃程度高くし、その温度差を４０℃としている。
このとき、半導体装置２１ａの接続穴２４と半導体装置２１ｂの接続端子２５ｂとは、焼きばめによって接合され、その後、金属間接合をするので、容易に外れたり、抜けたりすることはない。このようにして、図４の（ｂ）に示すように、スタック型半導体装置１２１が形成される。
また、これを繰り返して、図１の（ｄ）に示すように、何層にも積層されたスタック型半導体装置１０２を形成することが可能である。
このように、温度差によって嵌合させる場合には、半導体装置２１ｂに半導体装置２１ａを積層するのが好ましい。
【００４１】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態に係るスタック型半導体装置について、図面を参照して説明する。
図５の（ａ）は、図１の（ｂ）に示すＡ部に対応する拡大図である。図５の（ｂ）は、図１の（ｃ）に示すＢ部に対応する拡大図である。
図５の（ａ）に示すように、半導体装置４１ａに、半導体装置４１ｂを挿着する。
つまり、半導体装置４１ａの上面４８に設けた複数の接続穴４４に、半導体装置４１ｂの下面４９に設けた複数の接続端子４５を挿着して、半導体装置４１ａに半導体装置４１ｂを積層する。この第４実施形態と、前記した第３実施形態との相違点は、第３実施形態の接続穴２４が円錐台状穴であるのに対して、第４実施形態の接続穴４４を円柱状穴とした点である。なお、重複する箇所の説明は省略する。
【００４２】
図５の（ａ）に示すように、半導体装置４１ａの上面４８に複数の接続穴４４と、半導体装置４１ｂの下面４９に複数の接続端子４５ｂとを備え、半導体装置４１ａに半導体装置４１ｂを積層する。図５の（ｂ）に示すように、スタック型半導体装置１４１は、半導体装置４１ａに半導体装置４１ｂを積層して形成される。
さらに、図５の（ａ）に示すように、接続端子４５ｂは先端が細くなる四角錐台形である。接続穴４４は、接続端子４５ｂを受け入れ可能な円筒状穴で、かつ、接続穴４４の内径が接続端子４５ｂの基部４５ｂａの外径より小さく、円筒状穴の側面に接続端子４５ｂの四角錐台形の稜線４５ｃおよびその近傍を食い込ませて圧入される円筒状穴である。
四角錐台形に形成される稜線４５ｃのテーパ角は、１〜８°の範囲に設定されている。
ここでは、特許請求の範囲に記載の多角錐台形を、四角錐台形を例にして説明する。
【００４３】
図５の（ｃ）は、図５の（ａ）に示すＣ−Ｃ線の断面図である。このＣ−Ｃ線の断面形状は、図４の（ａ）に示すＣ−Ｃ線の断面形状と同じであり、Ｃ−Ｃ線を兼用した。
図５の（ｃ）に示すように、接続端子４５ｂに備えられた四角錐台形には、４つのテーパ状の稜線４５ｃ，４５ｃ，４５ｃ，４５ｃが形成されている。
図５の（ｄ）は、図５の（ｂ）に示すＥ―Ｅ線の断面図である。図５の（ｄ）に示すように、この４つの稜線４５ｃの少なくとも１つが、接続穴４４に食い込み、電気的に強固な接続を可能とする。
このように、４つの稜線４５ｃ，４５ｃ，４５ｃ，４５ｃを接続穴４４に押し付けると、稜線４５ｃが接続穴４４に食い込み、稜線４５ｃと接続穴４４が当たるところは、応力の集中が発生し強く接合する。食い込み条件としては、柔らかい金属同士よりも、一方が硬い金属で他方が柔らかい金属の方が好適である。
図５の（ｂ）に示すように、半導体装置４１ａに半導体装置４１ｂが積層されることによって、スタック型半導体装置１４１が形成されるが、接続端子４５ｂと接続穴４４とが、しまりばめによって接合されて、その後、金属間接合をするので、容易に外れたり、抜けたりすることはない。
【００４４】
なお、第３実施形態と同様に、半導体装置４１ｂに、半導体装置４１ａを挿着するようにしても構わない。このとき、半導体装置４１ａの接続端子４５ａを、半導体装置４１ｂの接続穴４４に形成して、半導体装置４１ａの接続端子４５ａの代わりに接続端子４５ｂを形成する。
【００４５】
また、半導体装置４１ａの接続穴４４の温度は、半導体装置４１ｂの接続端子４５ｂの温度より４０℃（１〜２５０℃の範囲で設定が可能）程度高い温度に設定しても良い。これによって、半導体装置４１ａの接続穴４４は、半導体装置４１ｂの接続端子４５ｂと比べて相対的に膨張して広がった状態にある。このため、接続端子４５ｂは、接続穴２４に容易に挿入することができ、半導体装置４１ａが半導体装置４１ｂに積層される。
つまり、接続穴４４の温度を、接続端子４５ｂの温度より４０℃程度高くし、その温度差を４０℃に設定している。
このとき、半導体装置４１ａの接続穴４４と半導体装置４１ｂの接続端子４５ｂとは、焼きばめによって接合され、その後、金属間接合をするので、容易に外れたり、抜けたりすることはない。このようにして、図５の（ｂ）に示すように、スタック型半導体装置１４１が形成される。
また、これを繰り返して、図１の（ｄ）に示すように、何層にも積層されたスタック型半導体装置１０２を形成することが可能である。
このように、温度差によって嵌合させる場合には、半導体装置４１ｂに半導体装置４１ａを積層するのが好ましい。
【００４６】
［第５実施形態］
次に、本発明の第５実施形態に係るスタック型半導体装置について、図面を参照して説明する。
図６の（ａ）は、第５実施形態に係るスタック型半導体装置を構成する半導体装置の斜視図であり、図６の（ａ）に示すように、半導体装置１´は複数の接続穴４と接続端子５´とを備えている。図６（ｂ）〜図６（ｄ）は、図６の（ａ）に示すＮ―Ｎ線の断面を拡大して示した工程断面図である。
図６の（ｂ）に示すように、半導体装置３１ａは、半導体チップ３２と、半導体チップ３２を樹脂で封止したパッケージ３３と、半導体チップ３２に電気的に導通された接続穴３４や接続端子３５ａ，３５ｂとを備えて構成されている。接続穴３４は、パッケージ３３の下面３９にあって、碁盤の目状に複数個が設けられた円筒状の穴であり、表面にＡｕメッキが施されている。接続端子３５ａ，３５ｂは、接続穴３４を受け入れ可能な円柱形を有し、碁盤の目状に複数個がパッケージ３３の上面３８に突設され、根元に金メッキを施したＣｕ材から形成されている。
なお、ここで言う「下面」、「上面」は、特許請求の範囲における「一面」、「他面」に相当する。
また、接続穴３４と接続端子３５ｂとの位置は、接続穴３４をパッケージの下面に設け、接続端子３５ｂをパッケージ３３の上面に設けているが、接続穴３４をパッケージの上面に設け、接続端子３５ｂをパッケージ３３の下面に設けても良いし、縦置きとした場合は、左面、右面としても良い。
【００４７】
図７の（ａ）は、図６の（ｂ）に示すＦ部の拡大図である。図７の（ｂ）は、図６の（ｃ）に示すＧ部の拡大図である。
図７の（ａ）に示すように、半導体装置３１ａに、半導体装置３１ｂを挿着する。
つまり、半導体装置３１ａの上面３８に設けた複数の接続端子３５ｂに、半導体装置３１ｂの下面３９に設けた複数の接続穴３４を被せて嵌着し、半導体装置３１ａに半導体装置３１ｂを積層する。この第５実施形態と、前記した第１実施形態との相違点は、第１実施形態の接続端子５ｂが円錐台形、接続穴４が円錐台状穴であるのに対して、第５実施形態の接続端子３５ｂを円柱形、接続穴３４を円筒状とした点である。なお、重複する箇所の説明は省略する。
【００４８】
図７の（ａ）に示すように、半導体装置３１ａの上面３８に複数の接続端子３５ｂと、半導体装置３１ｂの下面３９に複数の接続穴３４とを備え、半導体装置３１ａに半導体装置３１ｂを積層する。
図７の（ｂ）に示すように、スタック型半導体装置１３１は、半導体装置３１ａに半導体装置３１ｂを積層して形成される。接続端子３５ｂは円柱形であり、先端に入り勝手のための大きな傾斜面または大きなコーナＲを備え、接続穴３４に容易に挿入できるようになっている。
接続穴３４は、接続端子３５ｂを受け入れ可能な円筒状穴で、かつ、接続穴３４の内径が接続端子３５ｂの外径より小さく、円柱形の接続端子３５ｂが圧入される円筒状穴で、かつ、接続端子３５ｂとは、しまりばめの関係を構成する。
【００４９】
半導体装置３１ｂの接続穴３４の温度は、半導体装置３１ａの接続端子３５ｂの温度より４０℃程度高い温度の温度差に設定されている。この温度差を１〜２５０℃の範囲に設定することができる。この温度差よって、半導体装置３１ｂの接続穴３４は、半導体装置３１ａの接続端子３５ｂと比べて相対的に膨張して広がった状態にある。
すなわち、図７の（ａ）に示すように、接続端子３５ｂの直径は０．５n6ｍｍ、接続穴３４の穴径も０．５H6ｍｍとしているため、４０℃の昇温によって、接続穴３４を拡大し、さらに、接続端子３５ｂの先端を傾斜面にして押し込み、弾性変形をさせている。
図７の（ｂ）に示すように、半導体装置３１ａに半導体装置３１ｂが積層されることによって、スタック型半導体装置１３１が形成されるが、一旦、接続端子３５ｂと接続穴３４とが嵌合している状態では、いわゆる、焼きばめによって接合されて、その後、金属間接合をするので、容易に外れたり、抜けたりすることはない。
【００５０】
なお、半導体装置３１ｂに、半導体装置３１ａを挿着するようにしても構わない。このとき、半導体装置３１ｂの接続端子３５ｂの代わりに接続端子３５ａを形成し、半導体装置３１ａの接続端子３５ａの代わりに接続穴３４を形成する。
【００５１】
以上、好ましい実施の形態について説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱することのない範囲内において適宜の変更が可能なものである。例えば、接続穴４,１４,２４,３４,４４を加温する加温工程と、接続端子５ｂ,１５,２５ｂ,３５ｂ,４５ｂを冷却する冷却工程とを設けて、加温された接続穴４,１４,２４,３４,４４に、冷却された接続端子５ｂ,１５,２５ｂ,３５ｂ,４５ｂを挿入するようにして、温度差を設けるようにしても構わない。
また、冷却工程では、接続端子５ｂ,１５,２５ｂ,３５ｂ,４５ｂが一定の温度よりも低くなるように冷却され、加温工程では、接続穴４,１４,２４,３４,４４が一定の温度よりも高くなるように加温されたときに、接続端子が接続穴に挿入されるようにしても構わない。
また、冷却工程では、接続端子が一定の温度より１０℃低くなるように冷却され、加温工程では、接続穴が一定の温度よりも３０℃高くなるように加温されるようにしても構わない。なお、一定の温度を常温としても構わない。
また、例えば、接続端子の温度を室温よりも１０℃下げて両者の温度差を４０℃としても良いし、接続端子は室温（例えば、２０℃）のままとし、接続穴は室温より４０℃昇温させて６０℃としても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】（ａ）は、第１実施形態に係るスタック型半導体装置の概略図であり、（ｂ）〜（ｄ）は、（ａ）のＬ−Ｌ線の断面を拡大して示す工程断面図である。
【図２】（ａ）は、図１の（ｂ）に示すＡ部の拡大図、（ｂ）は、図１の（ｃ）に示すＢ部の拡大図である。
【図３】第２実施形態に係るスタック型半導体装置を説明する工程断面図であり、（ａ）は、図１の（ｂ）に示すＡ部の拡大図、（ｂ）は、図１の（ｃ）に示すＢ部の拡大図である。
【図４】第３実施形態に係るスタック型半導体装置を説明する工程断面図であり、（ａ）は、図１の（ｂ）に示すＡ部の拡大図、（ｂ）は、図１の（ｃ）に示すＢ部の拡大図、（ｃ）は、（ａ）に示すＣ−Ｃ線の断面図、（ｄ）は、（ｂ）に示すＤ−Ｄ線の断面図である。
【図５】第４実施形態に係るスタック型半導体装置を説明する工程断面図であり、（ａ）は、図１の（ｂ）に示すＡ部の拡大図、（ｂ）は、図１の（ｃ）に示すＢ部の拡大図、（ｃ）は、（ａ）に示すＣ−Ｃ線の断面図、（ｄ）は、（ｂ）に示すＥ―Ｅ線の断面図である。
【図６】（ａ）は、第５実施形態に係るスタック型半導体装置の概略図であり、（ｂ）〜（ｄ）は、（ａ）のＮ―Ｎ線の断面を拡大して示す工程断面図である。
【図７】（ａ）は、図６の（ｂ）に示すＦ部の拡大図、（ｂ）は、図６の（ｃ）に示すＧ部の拡大図である。
【図８】従来例に係るスタック型半導体パッケージの構造図である。
【符号の説明】
【００５３】
１,１ａ,１ｂ,１ｃ,１ｄ,１ｅ,１ｆ,１ｇ,１１ａ,１１ｂ,２１ａ,２１ｂ,３１ａ,３１ｂ,４１ａ,４１ｂ                          半導体装置
２,３２      半導体チップ
３,１３,２３,３３,４３      パッケージ
４,１４,２４,３４,４４      接続穴
５,５´，５ａ,５ｂ，１５,２５ａ，２５ｂ,３５ａ，３５ｂ，４５ａ，４５ｂ      接続端子
２５ｃ，４５ｃ        稜線
６,１６,２６,３６,４６      配線
７,１７,２７,３７,４７      配線
８,１８,２８,４８      上面（一面）
３８      上面（他面）
９,１９,２９,４９      下面（他面）
３９      下面（一面）
１０１,１０２,１１１,１２１,１３１,１４１    スタック型半導体装置
【図１】
2006203005.tif 000003
【図２】
2006203005.tif 000004
【図３】
2006203005.tif 000005
【図４】
2006203005.tif 000006
【図５】
2006203005.tif 000007
【図６】
2006203005.tif 000008
【図７】
2006203005.tif 000009
【図８】
2006203005.tif 000010