(57)【要約】【課題】重ねられた複数の半導体チップを有する半導体装置において、配線基板上のパッドの配置の分散化を可能とするとともに、中継チップを用いることなく大小の半導体チップを重ねて設けることを可能とする。【解決手段】一面に複数の外部接続端子４６が設けられ、他面に各外部接続端子４６と電気的に連通するパッド３８ａ，３８ｂが設けられた配線基板３８と、配線基板３８上に、上下に重なるよう配設された少なくとも一組の半導体チップ３４，３６と、各半導体チップ３４，３６の電極３４ａ，３６ａと配線基板３８のパッド３８ａ，３８ｂとを電気的に接続するワイヤ４２ｂ，４２ｃとを備え、一組の半導体チップ３４，３６のうちの下側の半導体チップ３６の電極３６ａに対応する、配線基板３８の少なくとも一部のパッド３８ｂが、上側の半導体チップ３４の直下に位置するよう設けられている。【選択図】図１
2008311551.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一面に複数の外部接続端子が設けられ、他面に各外部接続端子と電気的に連通するパッドが設けられた配線基板と、
該配線基板上に、上下に重なるよう配設された少なくとも一組の半導体チップと、
該各半導体チップの電極と前記配線基板のパッドとを電気的に接続するワイヤとを備え、
前記一組の半導体チップのうちの下側の半導体チップの電極に対応する、前記配線基板の少なくとも一部のパッドが、上側の半導体チップの直下に位置するよう設けられていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記上側の半導体チップの直下に位置する前記パッドに対応する、前記下側の半導体チップの少なくとも一部の電極が、上側の半導体チップの直下に位置するよう設けられていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
上端面が前記下側の半導体チップの上面よりも高くなるよう設けられたスペーサ材または他の半導体チップ上に、前記上側の半導体チップが配置されることで、該一組の半導体チップの間には上下方向に間隙が形成され、
前記上側の半導体チップの直下に位置するパッドに接続するワイヤは、前記間隙を通って設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記上側の半導体チップは、複数の前記スペーサ材または前記他の半導体チップの間にまたがって配置されていることを特徴とする請求項３記載の半導体装置。
【請求項５】
前記上側の半導体チップの直下に位置するパッドのうちの少なくとも一部は、前記複数のスペーサ材または他の半導体チップの間に配設されていることを特徴とする請求項４記載の半導体装置。
【請求項６】
前記下側の半導体チップは、前記複数のスペーサ材または他の半導体チップの間に配設されていることを特徴とする請求項４または５記載の半導体装置。
【請求項７】
前記スペーサ材および前記他の半導体チップの少なくとも一つが、前記下側の半導体チップ上に配置されていることを特徴とする請求項３〜５のうちのいずれか一項記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一面に複数の外部接続端子が設けられ、他面に各外部接続端子と電気的に連通するパッドが設けられた配線基板と、配線基板上に、上下に重なるよう配設された少なくとも一組の半導体チップと、各半導体チップの電極と配線基板のパッドとを電気的に接続するワイヤとを備えた半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
各特許文献１〜３には、配線基板上に複数の半導体チップが重ねられて（スタックされて）配設された、ボール・グリッド・アレイ（ＢＧＡ）型の半導体装置が開示されている。
【０００３】
図３は、特許文献１に記載された半導体装置（スタックト・ダイ・パッケージ）の構成を示す図である。図３（ａ）は、半導体装置の上面からの概略透視図であり、図３（ｂ）は、４Ｂ−４Ｂ線に沿った概略断面図である。
特許文献１に記載された半導体装置では、図３（ａ），（ｂ）に示すように、キャリア（配線基板）２０２の一面（下面）２０３に複数の半田ボール（外部接続端子）２１２が設けられ、他面（上面）２０１には各半田ボール２１２と電気的に連通するパッド（図示せず）が設けられる。キャリア２０２上には、複数のダイ（半導体チップ）２０６，２０８が積み重ねられている。第１ダイ２０６と第２ダイ２０８との間にはスペーサ２２０が設けられ、両者間に間隙が形成されている。第１ダイ２０６と第２ダイ２０８の大きさは、ほぼ同じかあるいは全く同じである。各ダイ２０６，２０８のボンディング・パッド（電極）２２２は、第１ダイ２０６および第２ダイ２０８のそれぞれの周辺に設けられる。各ダイ２０６，２０８のボンディング・パッド２２２とキャリア２０２のパッド（図示せず）とは、導線（ワイヤ）２１０で電気的に接続される。モールド・コンパウンド（樹脂材）２１４は、キャリヤ２０２の上面２０１を覆うように形成され、スペーサ２２０、第１ダイ２０６、および第２ダイ２０８をカプセル収納する（特許文献１  段落００１２，００１４参照）。
【０００４】
図４は、特許文献２に記載された半導体装置の構成を示す断面図である。図４（ａ）は、半導体装置１００の断面模式図であり、図４（ｂ）は、半導体装置１００の上面からの透視図である。
特許文献２に記載された半導体装置１００では、図４（ａ），（ｂ）に示すように、基板（配線基板）２の一面（背面）には、半田ボール（外部接続端子）１６が形成され、基板２背面の半田ボール１６と接している部分には、それぞれ、基板２の表面に貫通するリード１８が設けられている。基板２上には、下段半導体チップ４及びダミーチップ８が搭載され、両者の上部には、両者にまたがるように、上段半導体チップ６が搭載されている。上段半導体チップ６は、下段半導体チップ４のボンディングパッド（電極）２８に重ならないように、下段半導体チップ４に対してずらして配置されている。各半導体チップ４，６のボンディングパッド２８，３０と基板２のリード１８とは、ワイヤ１０，１２で電気的に接続される。この状態で、各半導体チップ４，６は合成樹脂（樹脂材）１４で封止されている（特許文献２  段落００１３−００２２参照）。
【０００５】
特許文献１，２においては、ほぼ同じ大きさの半導体チップを重ねて設ける技術が記載されているが、一般的には、図５に示すように、より大きい面積の半導体チップ３２，３４の上に、より小さい半導体チップ３６を重ねて設けるケースも多い。このような場合、図５（ｂ）に示すように、上側の半導体チップ３６の電極３６ａと配線基板３８上のパッド３８ａとの間の距離が長くなることがある。これに合わせてワイヤを長くし過ぎると、樹脂封止の際にモールド樹脂によるワイヤの変形（いわゆるワイヤフロー）が発生してワイヤ同士が接触するなどの不具合が発生する恐れがあるため、図５（ｂ）に示すように、下側の半導体チップ３２上に中継チップ４０を設けて、上側の半導体チップ３６の電極３６ａと配線基板３８上のパッド３８ａとの間の各ワイヤを、中継チップ４０で中継することでそれぞれ２本のワイヤ４２ｄ，４４に分断して、一本一本のワイヤの長さを短くするといった処置が必要となることがある。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−５７２７２号公報
【特許文献２】特開２００４−７１９４７号公報
【特許文献３】実用新案登録第３０９６７２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記従来の半導体装置においては、重ねられた全ての半導体チップの各電極に対応する配線基板側のパッドを、全て配線基板上の半導体チップ搭載領域の外周部に配設する必要がある。そのため、電極数が多いと、例えば図５（ｂ）の領域Ｘ（破線の囲いで示す）のように、配線基板上の一部にパッドが集中してパッドの密度が高くなり、さらにそれに接続するワイヤも高密度に設ける必要があるため、ショート等を起こさないようにワイヤボンディングを行うことが技術的に困難であるという課題がある。また、このことが高集積化の妨げになっている。
【０００８】
また、大きい半導体チップの上に、より小さい半導体チップを搭載する場合に、前述のように中継チップを用いる必要が生じることがあり、設計および製造コストが増大することがあるという課題がある。
【０００９】
本願発明は、上記課題を解決すべく成され、その主たる目的は、重ねられた複数の半導体チップを有する半導体装置において、配線基板上のパッドの配置の分散化を可能とすることにあり、またその副たる目的は、中継チップを用いることなく大小の半導体チップを重ねて設けることを可能とすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る半導体装置は、上記課題を解決するために、以下の構成を備える。すなわち、一面に複数の外部接続端子が設けられ、他面に各外部接続端子と電気的に連通するパッドが設けられた配線基板と、該配線基板上に、上下に重なるよう配設された少なくとも一組の半導体チップと、該各半導体チップの電極と前記配線基板のパッドとを電気的に接続するワイヤとを備え、前記一組の半導体チップのうちの下側の半導体チップの電極に対応する、前記配線基板の少なくとも一部のパッドが、上側の半導体チップの直下に位置するよう設けられていることを特徴とする。
これによれば、配線基板の一部のパッドを、上側の半導体チップの搭載箇所に重なる位置に設けるため、配線基板上のパッドの配置を分散化することができる。また、半導体チップの直下にパッドを設けるから、大きい半導体チップの下側により小さい半導体チップを配置して、下側の小さい半導体チップの電極と、大きい半導体チップの直下のパッドとを近い距離でワイヤボンディングすることも可能となり、中継チップを用いない設計が可能となる。
【００１１】
さらに、前記上側の半導体チップの直下に位置する前記パッドに対応する、前記下側の半導体チップの少なくとも一部の電極が、上側の半導体チップの直下に位置するよう設けられていることを特徴とする。
【００１２】
また、上端面が前記下側の半導体チップの上面よりも高くなるよう設けられたスペーサ材または他の半導体チップ上に、前記上側の半導体チップが配置されることで、該一組の半導体チップの間には上下方向に間隙が形成され、前記上側の半導体チップの直下に位置するパッドに接続するワイヤは、前記間隙を通って設けられていることを特徴とする。
これによれば、前記間隙を通してワイヤを設けることができる。
【００１３】
さらに、前記上側の半導体チップは、複数の前記スペーサ材または前記他の半導体チップの間にまたがって配置されていることを特徴とする。
これによれば、上側の半導体チップを安定的に配設できる。
【００１４】
さらに、前記上側の半導体チップの直下に位置するパッドのうちの少なくとも一部は、前記複数のスペーサ材または他の半導体チップの間に配設されていることを特徴とする。
【００１５】
また、前記下側の半導体チップは、前記複数のスペーサ材または他の半導体チップの間に配設されていることを特徴とする。
【００１６】
また、前記スペーサ材および前記他の半導体チップの少なくとも一つが、前記下側の半導体チップ上に配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る半導体装置によれば、配線基板上のパッドの配置の分散化が可能となり、また、中継チップを用いることなく大小の半導体チップを重ねて設けることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明に係る半導体装置を実施するための最良の形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１は、本発明の実施例１に係る半導体装置Ａの構成を示す説明図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は上方から見た平面図である。
図１に示すように、実施例１に係る半導体装置Ａは、配線基板３８と、複数の半導体チップ３２，３４，３６とを備える。
【００２０】
配線基板３８の一面（下面）には、複数の外部接続端子としての複数の半田ボール４６が設けられる（図１（ａ）参照）。また、配線基板３８の他面（上面）には、配線基板３８内の図示しない配線パターンにより各半田ボール４６と電気的に連通するパッド３８ａ，３８ｂが設けられる（図１（ｂ）参照）。
【００２１】
複数（三つ）の半導体チップ３２，３４，３６は、配線基板３８の前記他面（上面）上に、上下に重なるよう積み上げられて配設される。本実施例１においては、一番上に第１半導体チップ３２を配置し、その下側に平面面積が第１半導体チップ３２よりも大きい第２半導体チップ３４を配置し、さらにその下側に平面面積が最も小さい第３半導体チップ３６を配置している。
なお、図１（ｂ）において、破線部は、第１および第２半導体チップ３２，３４を透視して、その下側にある構成要素を表示したものである。
【００２２】
なお、本発明は上下に重なるよう配設された少なくとも一組（すなわち二つ以上）の半導体チップを備える半導体装置に関するものであり、上下の積層関係にある任意の半導体チップの組み合わせのうち少なくとも一組において、本発明でいう「下側の半導体チップ」および「上側の半導体チップ」の構成に適合すれば、本発明の技術範囲に含まれる。
以下、本実施例１における第２半導体チップ３４を、本発明でいう「上側の半導体チップ」とし、第３半導体チップ３６を、本発明でいう「下側の半導体チップ」として、それぞれの構成について説明を行う。
【００２３】
図１（ａ）に示すように、配線基板３８の前記他面（上面）上には、上端面が、前記下側の半導体チップ（第３半導体チップ）３６の上面よりも高くなるよう形成された第１スペーサ材４８が設けられる。すなわち、第１スペーサ材４８の厚さは、下側の半導体チップ（第３半導体チップ）３６の厚さよりも厚く形成されている。
また、前記下側の半導体チップ（第３半導体チップ）３６上には、上端面が、第１スペーサ材４８の上面と同じ高さに形成された第２スペーサ材５０が設けられる。すなわち、第２スペーサ材５０の厚さは、前記下側の半導体チップ（第３半導体チップ）３６の厚さとの合計が、第１スペーサ材４８の厚さと等しくなるよう形成されている。
前記上側の半導体チップ（第２半導体チップ）３４は、二つのスペーサ材４８，５０にまたがって配置されている。
上記構成により、前記一組の半導体チップ（第２半導体チップ３４と第３半導体チップ３６）の間には、上下方向に間隙５２が形成される。
【００２４】
隣接する各半導体チップ３２，３４，３６、各スペーサ材４８，５０および配線基板３８の間は、それぞれ接着剤で接着されて設けられる。
【００２５】
スペーサ材４８，５０は、特に限定されるものではないが、例えばシリコンから成るダミーチップとして構成される。
なお、スペーサ材（ダミーチップ）に替えて、他の半導体チップを用いることもできる。例えば、スペーサ材４８に替えて、第３半導体チップ３６よりも厚い他の半導体チップを採用しても良い。この場合、この他の半導体チップの電極がその上の第２半導体チップ３４と重ならずに第２半導体チップ３４よりも外側（平面視した場合）に露出するようにして、この他の半導体チップの電極に対してもワイヤボンディングが行えるよう設ける。
同様に、第３半導体チップ３６上の第２スペーサ材５０に替えて他の半導体チップを採用することもできる。この場合、同様に、この他の半導体チップの電極がその上の第２半導体チップ３４と重ならずに第２半導体チップ３４よりも外側に露出するように設ける。また、必要に応じて、第３半導体チップ３６の電極３６ａがその上の他の半導体チップと重ならないように、例えば、第３半導体チップ３６の電極３６ａがこの他の半導体チップよりも他方のスペーサ材４８側（図１では右側）に露出するように配設する（第３半導体チップ３６を、図１とは左右逆向きに配置する）と良い。
【００２６】
本実施例１に係る半導体装置Ａにおいては、前記下側の半導体チップ（第３半導体チップ）３６と、下側の半導体チップ３６の電極３６ａに対応する配線基板３８の一部のパッド３８ｂとが、上側の半導体チップ（第２半導体チップ）３４の直下に位置するよう設けられている。
なお、本願において「上側の半導体チップの直下」とは、上側の半導体チップに対して上下方向（半導体チップの積層方向、または配線基板面に垂直な方向）に重なる箇所のことである。言い換えれば、上側の半導体チップの配線基板に向かう投影の像に含まれる箇所である。
【００２７】
また、半導体装置Ａは、半導体チップ３２，３４，３６の電極３２ａ，３４ａ，３６ａと、配線基板３８のパッド３８ａ，３８ｂとをそれぞれ接続するワイヤ４２ａ，４２ｂ，４２ｃを備える。この中で、上側の半導体チップ（第２半導体チップ）３４の直下に位置するパッド３８ｂに接続するワイヤ４２ｃは、前記一組の半導体チップ（第２半導体チップ３４と第３半導体チップ３６）の間の間隙５２を通って設けられている（図１（ａ）参照）。
第１および第２スペーサ材４８，５０の厚さは、ワイヤ４２ｃを通すのに十分なだけの間隙５２を確保できるよう設ける。特に限定されるものではないが、間隙５２の幅は６０〜８０μｍ以上に設ければ、ワイヤ４２ｃを十分通すことができる。
【００２８】
さらに、半導体装置Ａは、配線基板３８の前記他面（上面）と、その面上に設けられた、前記第１〜第３半導体チップ３２，３４，３６、第１〜第２スペーサ材４８，５０、およびワイヤ４２ａ，４２ｂ，４２ｃを封止する封止樹脂５４を備える。
【実施例２】
【００２９】
次に、本発明の実施例２に係る半導体装置Ｂの構成を説明する。図２は、本発明の実施例２に係る半導体装置Ｂの構成を示す説明図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は上方から見た平面図である。なお、図２（ｂ）において、破線部は、第１および第２半導体チップ３２，３４を透視して、その下側にある構成要素を表示したものである。
なお、以下、実施例１と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略し、実施例１との相違点について説明を行う。
【００３０】
本実施例２においては、実施例１の第２スペーサ材５０の構成とは異なり、図２（ａ）に示すように、第２スペーサ材５１が、下側の半導体チップ（第３半導体チップ）３６上ではなく、配線基板３８の上面に直接接着されて設けられている。
【００３１】
第１スペーサ材４８および第２スペーサ材５１は、それぞれ、上端面が、前記下側の半導体チップ（第３半導体チップ）３６の上面よりも高くなるよう設けられる。すなわち、第１スペーサ材４８および第２スペーサ材５１の厚さは、下側の半導体チップ（第３半導体チップ）３６の厚さよりも厚く形成されている。
前記上側の半導体チップ（第２半導体チップ）３４は、二つのスペーサ材４８，５１にまたがって配置されている。
上記構成により、前記一組の半導体チップ（第２半導体チップ３４と第３半導体チップ３６）の間には、上下方向に間隙５３が形成される。
第１および第２スペーサ材４８，５１の厚さは、ワイヤ４２ｃを通すのに十分なだけの間隙５３を確保できるよう設ける。特に限定されるものではないが、間隙５３の幅は６０〜８０μｍ以上に設ければ、ワイヤ４２ｃを十分通すことができる。
【００３２】
下側の半導体チップ（第３半導体チップ）３６は、第１スペーサ材４８と第２スペーサ材５１との間に配設されている。さらに、図２（ｂ）に示すように、下側の半導体チップ（第３半導体チップ）３６の電極３６ａに対応するパッド３８ｂも、上側の半導体チップ（第２半導体チップ）３４の直下に位置するとともに、第１スペーサ材４８と第２スペーサ材５１との間に配設されている。
【００３３】
上記実施例１および実施例２に係る半導体装置Ａ，Ｂによれば、配線基板３８の一部のパッド３８ｂを、上側の半導体チップ３４の搭載箇所に重なる位置に設けるため、従来のように全てのパッドを半導体チップの搭載箇所の外周部に配設する構成に比較して、配線基板上のパッドの配置を分散化することができる。
また、より大きい半導体チップ３４の下側により小さい半導体チップ３６を配置して、下側の小さい半導体チップ３６の電極３６ａと、大きい半導体チップ３４の直下のパッド３８ｂとを近い距離でワイヤボンディングすることが可能となり、従来の様な中継チップを用いない設計が可能となる。
【００３４】
なお、上記実施例１および実施例２に係る半導体装置Ａ，Ｂを製造する際には、まず下側の半導体チップ（第３半導体チップ）３６を配線基板３８上に接着し、その電極３６ａと配線基板３８上のパッド３８ｂとをワイヤボンディングする。続いて、第１および第２スペーサ材４８，５０（５１）を、配線基板３８上または下側の半導体チップ（第３半導体チップ）３６上に設け、その上に第２半導体チップ３４を接着し、さらに第２半導体チップ３４の上に第１半導体チップ３２を接着する。そして、第１および第２半導体チップ３２，３４の電極３２ａ，３４ａと配線基板３８上のパッド３８ａとをワイヤボンディングする。
【００３５】
続いて、配線基板３８の前記他面（上面）と、その面上に設けられた、前記第１〜第３半導体チップ３２，３４，３６、第１〜第２スペーサ材４８，５０（５１）、およびワイヤ４２ａ，４２ｂ，４２ｃを、樹脂で封止して封止樹脂５４を形成する。
この樹脂封止の工程においては、トランスファーモールド法を用いると、上側の半導体チップ３４と配線基板３８との間にできるトンネル状の間隙部に完全に樹脂が充填されない恐れがあるため、コンプレッションモールド法を用いることが望ましい。
【００３６】
なお、上記実施例１および実施例２においては、下側の半導体チップ（第３半導体チップ）３６の全体が、上側の半導体チップ（第２半導体チップ）３４の直下にあるが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、下側の半導体チップは上側の半導体チップの直下から外して設け、下側の半導体チップの電極に対応する少なくとも一部のパッドのみを、上側の半導体チップの直下に設けても良い。また、下側の半導体チップを、その電極の一部のみが上側の半導体チップの直下に位置するように配設しても良い。
また、下側の半導体チップの電極に対応する、配線基板もパッドも、必ずしもその全てが上側の半導体チップの直下に設ける構成に限定されるものではない。すなわち、下側の半導体チップの電極に対応するパッドのうちの一部のみを、上側の半導体チップの直下に配設し、他のパッドは上側の半導体チップの直下から外れる位置に配設しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施例１に係る半導体装置を示す説明図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。
【図２】本発明の実施例２に係る半導体装置を示す説明図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。
【図３】従来の半導体装置を示す説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図４】従来の半導体装置を示す説明図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。
【図５】従来の半導体装置を示す説明図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。
【符号の説明】
【００３８】
Ａ，Ｂ  半導体装置
３２  第１半導体チップ
３４  第２半導体チップ（上側の半導体チップ）
３６  第３半導体チップ（下側の半導体チップ）
３２ａ，３４ａ，３６ａ  電極
３８  配線基板
３８ａ  パッド
３８ｂ  パッド（上側の半導体チップの直下のパッド）
４２ａ，４２ｂ，４２ｃ  ワイヤ
４６  半田ボール（外部接続端子）
４８，５０，５１  スペーサ材
５２，５３  間隙
５４  封止樹脂
【図１】
2008311551.tif 000003
【図２】
2008311551.tif 000004
【図３】
2008311551.tif 000005
【図４】
2008311551.tif 000006
【図５】
2008311551.tif 000007