(57)【要約】【課題】複数の半導体素子を備える半導体装置の反りを抑え、かつ薄い半導体装置、および半導体装置の製造方法の提供。【解決手段】複数の半導体チップ１３０を基板１１０上に備える半導体装置１００であって、複数の半導体チップ１３０が、基板１１０の第１面１１０ａに、第１接着層１２０を挟んで平面的に設けられており、さらに、複数の半導体チップ１３０の表面であり、第１面１１０ａに対向する面とは反対側の表面に、第２接着層１６０を介して硬質部材１７０が設けられている。【選択図】図１
2008192853.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の半導体素子を基板上に備える半導体装置であって、
複数の上記半導体素子が、上記基板の第１面上に、接着層を挟んで平面的に設けられており、
さらに、複数の上記半導体素子の表面であり、上記第１面に対向する面とは反対側の表面に、接着層を介して硬質部材が設けられていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
複数の半導体素子を基板上に備える半導体装置であって、
硬質部材が、上記基板の第１面上に、接着層を挟んで設けられており、
さらに、上記硬質部材の表面であり、上記第１面に対向する面とは反対側の表面に、接着層を介して複数の上記半導体素子が平面的に設けられていることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
さらに、複数の上記半導体素子の表面であり、上記第１面に対向する面とは反対側の表面に、接着層を介して硬質部材が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
さらに、上記硬質部材の表面であり、上記第１面に対向する面とは反対側の表面に、接着層を介して複数の上記半導体素子が平面的に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項５】
上記第１面に対向する上記硬質部材の表面の面積は、該硬質部材の上記第１面側の表面に設けられている上記接着層のさらに上記第１面側に設けられている複数の上記半導体素子の表面であり、かつ上記第１面に対向している表面の面積の合計よりも大きいことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
上記硬質部材の熱膨張係数は、上記半導体素子の１〜２倍の値であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項７】
上記硬質部材がシリコンであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項８】
上記硬質部材がセラミックスであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項９】
上記硬質部材が半導体素子で形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１０】
上記第１面に設けられている上記半導体素子、上記硬質部材、及び上記接着層が樹脂によって封止されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１１】
上記第１面に設けられている上記半導体素子、上記硬質部材、及び上記接着層が樹脂によって封止されているとともに、上記樹脂が上記第１面から最も離れた位置に設けられている上記半導体素子または上記硬質部材の表面であり、上記第１面から離れる向きに形成されている表面の一部で開口部を形成しており、該表面の一部が上記樹脂から露出していることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１２】
上記第１面に設けられている上記半導体素子、上記硬質部材、及び上記接着層が積層して形成された構造物が外部に露出していることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１３】
複数の上記半導体素子と、上記基板の表面であり、上記第１面とは反対側の表面である第２面に形成された外部接続電極とのそれぞれの電気的な接続は、
上記第１面に設けられた配線電極と複数の上記半導体素子とが金属細線によって電気的に接続されており、
上記配線電極と上記外部接続電極とが電気的に接続されており、
上記接着層が、上記金属細線の少なくとも一部を覆うように設けられていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１４】
複数の上記半導体素子と、上記基板の表面であり、上記第１面とは反対側の表面である第２面に形成された外部接続電極とのそれぞれの電気的な接続は、
上記半導体素子及び上記硬質部材がそれぞれ上記第１面に対向する表面と該表面とは反対側の表面との間を貫通する貫通電極を備えるとともに上記第１面に設けられた配線電極と複数の上記半導体素子とが上記貫通電極によって電気的に接続され、上記配線電極と上記外部接続電極とが電気的に接続されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１５】
複数の上記半導体素子と、上記基板の表面であり、上記第１面とは反対側の表面である第２面に形成された外部接続電極とのそれぞれの電気的な接続は、
上記第１面に設けられた配線電極の上に圧着によって設けられた圧着バンプ電極を設け、
上記圧着バンプ電極と、複数の上記半導体素子に設けられたバンプ電極とが金属細線によって電気的に接続され、上記配線電極と上記外部接続電極とが電気的に接続されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１６】
複数の半導体素子を基板上に備える半導体装置の製造方法であって、
上記基板の第１面に接着層を形成し、
複数の上記半導体素子を上記接着層の上に設け、
複数の上記半導体素子の表面であり、上記第１面に対向する面とは反対側の表面に接着層を設け、
上記接着層の上に硬質部材を設けることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
複数の半導体素子を基板上に備える半導体装置の製造方法であって、
上記基板の第１面に接着層を形成し、
上記接着層の上に硬質部材を設け、
上記硬質部材の表面であり、上記第１面に対向する面とは反対側の表面に接着層を設け、
上記接着層の上に複数の上記半導体素子を設けることを特徴とする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、複数の半導体チップ（半導体素子）が一つのＩＣパッケージとして組み立てられているマルチチップモジュール型半導体装置（ＭＣＭ型半導体装置）に関するものであり、ＭＣＭ型半導体装置の内部に変形を抑止する硬質部材を備えている半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子機器類の小型化・高性能化に伴い、ＩＣパッケージを含む電子部品類は、高密度での実装が進められている。その有力な手段の一つとして、複数の半導体チップ（半導体素子）を一つのＩＣパッケージに組み立てた集積回路であるマルチチップモジュール型（ＭＣＭ型）半導体装置が実現されている。
【０００３】
ＭＣＭ型半導体装置は、複数の半導体チップを平面的に並べる構造を備えている。そのため、それぞれの半導体チップを個別に実装する場合と比較して、実装面積の低減に寄与する。
【０００４】
また、さらに半導体チップを複数個積層してＩＣパッケージに搭載し、ＭＣＭ型半導体装置を形成することでさらに実装面積を低減する技術も知られている。
【０００５】
特許文献１は、半導体チップを積層して固定する場合に用いる接着剤の一例について開示している。特許文献１では、半導体チップの裏面にあらかじめ接着剤を供給し、該半導体チップを搭載する場合に半導体チップの中央部に設けた接着剤が半導体チップ周辺の接着剤の厚みより厚くなり、かつ搭載時の温度によって上記接着剤が流動可能な粘度であるように構成することにより、接着剤内部または接着する半導体チップ間にボイドが残留しないように半導体装置を製造する技術を開示している。
【０００６】
しかしながら、ＭＣＭ型半導体装置では、複数の半導体チップを平面的及び立体的に並べる構造であるので、ＭＣＭ型半導体装置はそれぞれの半導体チップよりも大きくなる。そのため、ＭＣＭ型半導体装置の製造工程や動作時に生じる発熱によって、ＭＣＭ型半導体装置が反り易くなるという問題点がある。
【０００７】
例えばＭＣＭ型半導体装置の製造工程では、ＭＣＭ型半導体装置を形成する基板に半導体チップを搭載した後、樹脂で封止し、１６０〜１８０℃程度で熱硬化させて封止樹脂を形成する。この場合に、例えばＭＣＭ型半導体装置を１６０〜１８０℃程度に加熱した後、常温に戻す段階でＭＣＭ型半導体装置の反りが発生する場合がある。
【０００８】
これは、基板の熱膨張係数が約１２〜３０ｐｐｍ／℃であり、半導体チップの熱膨張係数が約３〜４ｐｐｍ／℃であり、封止樹脂の熱膨張係数が約８〜２０ｐｐｍ／℃であり、それぞれの熱膨張係数が異なっているからである。そのため、いわゆる「バイメタル効果」と同等の現象を生じるためである。
【０００９】
このような現象は、ＭＣＭ型半導体装置に生じる熱負荷によって発生する。そのため、ＭＣＭ型半導体装置の製造時、ＭＣＭ型半導体装置をプリント配線基板に実装してリフローする場合、またはプリント配線基板に実装後に半導体チップが発熱する場合などでは、上記のバイメタル効果によってＭＣＭ型半導体装置が反ろうとする応力が発生する。
【００１０】
上述のようにＭＣＭ型半導体装置にそりが生じた場合、ＭＣＭ型半導体装置とＭＣＭ型半導体装置を実装したプリント配線基板とを電気的に接続する接点が断線したり、ＭＣＭ型半導体装置そのものが変形によって破壊される可能性がある。そのため、ＭＣＭ型半導体装置の反りを抑える技術がいくつか考案されている。
【００１１】
例えば特許文献２は、半導体チップの搭載されている部分と、搭載されていない部分とで基板の厚さを変更し、半導体装置の反りを抑える技術を開示している。具体的には、半導体チップの搭載されている部分では基板の厚さを厚くして、半導体チップの端面で生じる基板の曲がる角度を抑えている。また、半導体チップの搭載されていない部分では、基板の厚さを薄く形成し、半導体チップが搭載されていない部分での基板の伸びを抑えている。このようにして、半導体装置と、半導体装置の搭載される基板との間に生じる熱膨張の差を抑制し、反りを抑える技術を開示している。
【００１２】
また、特許文献３では、半導体チップが基板に搭載される場合に、基板の対辺の中点を結ぶ２個の中心線のそれぞれに少なくとも１個の半導体チップが跨るように搭載されるとともに、隣り合う半導体チップの間を通って基板と平行に引くことのできる全ての直線が何れかの半導体チップを通るように配置する技術が開示されている。
【００１３】
その結果、特許文献３が開示する技術では、半導体装置の反りが生じやすい半導体チップの間の部分が別の半導体チップによって補強されており、半導体装置の剛性が増すことによって半導体装置の反りが低減される技術を開示している。
【特許文献１】特開２００５−１１６５６６号公報（平成１７年（２００５年）４月２８日公開）
【特許文献２】特開２００２−１９０５４７号公報（平成１４年（２００２年）７月５日公開）
【特許文献３】特開２０００−１９６００８号公報（平成１２年（２０００年）７月１４日公開、平成１５年（２００３年）１１月７日特許登録、特許番号  特許第３４９０３１４号）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、上記従来の構成では、複数の半導体素子を備える半導体装置の反りを抑え、かつ薄い半導体装置を提供することができないという問題点を有している。
【００１５】
ＭＣＭ型半導体装置は、複数の半導体チップを平面的及び立体的に搭載し、一つのＩＣパッケージに組み込むことによって形成されている。そして、ＭＣＭ型半導体装置は一般的に一定の厚さになるように封止樹脂によって覆われて形成されている。つまり、封止する樹脂の厚さは、半導体チップが存在する部分では薄く形成される一方、半導体チップが存在しない部分では厚く形成されている。
【００１６】
一般的にＭＣＭ型半導体装置を薄く形成すると、熱負荷によって生じる反りは大きくなる傾向にある。そして、このようなＭＣＭ型半導体装置に反りが生じると、ＭＣＭ型半導体装置の外部接続用電極端子が平面上に並ばなくなり、コプラナリティー（平坦性）の劣化を生じてしまう。
【００１７】
コプラナリティーの劣化は、上記ＭＣＭ型半導体装置をプリント配線基板などへの実装が困難になったり、実装後に生じる熱負荷（温度サイクル）において、十分な信頼性の維持が困難になる等の問題を生じる。
【００１８】
また、ユーザーが要求するコプラナリティーの仕様値を満足できない可能性がある。
【００１９】
従って、薄型のＭＣＭ型半導体装置を実現するためには、パッケージ反りの低減という大きな課題を解決しなければならない。
【００２０】
図１５（ａ）は、従来のＭＣＭ型半導体装置を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’断面図である。また後述するように、（ｃ）は（ｂ）に生じる曲げ応力によって変形した様子を示す断面図である。（ａ）では、図面の理解を助けるために、封止樹脂５８０の記載を省略している。
【００２１】
図１５に示す半導体装置５００では、基板５１０の上に接着層５２０が設けられ、さらにその上に半導体チップ５３０が複数（図１５では半導体チップ５３０ａと半導体チップ５３０ｂとの２個）搭載されている。そして基板５１０と半導体チップ５３０ａ及び半導体チップ５３０ｂとを覆うように封止樹脂５８０が形成されている。
【００２２】
封止樹脂５８０は基板５１０から一定の高さとなるように形成されている。そのため、封止樹脂５８０の厚さは、半導体チップ５３０ａが設けられている位置での厚さｔＡと、半導体チップ５３０ｂが設けられている位置での厚さｔＢと、半導体チップ５３０ａ及び半導体チップ５３０ｂが設けられていない位置での厚さｔＣとで異なっている。
【００２３】
そして、半導体チップ５３０が基板５１０の上に設けられている場所では、封止樹脂５８０の厚さｔＡ及びｔＢが基板５１０の上に設けられていない場所での厚さｔＣよりも薄く形成されている。
【００２４】
ここで、図１５に示すＭＣＭ型半導体装置を用いて、封止樹脂５８０が薄く形成された場合にＭＣＭ型半導体装置に生じる曲げ応力について説明する。
【００２５】
上述のように、熱膨張係数は半導体チップよりも封止樹脂の方が大きい。そのため、加熱されて溶解した封止樹脂５８０を半導体チップ５３０の搭載された基板５１０の上に設け、常温に戻す工程では、封止樹脂５８０が半導体チップ５３０よりも大きく収縮する。
【００２６】
そのため、図１５（ｃ）に示すように、基板５１０の高さ方向では封止樹脂５８０が厚く形成されているｔＣの方がｔＡ及びｔＢよりも大きく収縮する。即ち、半導体チップ５３０ａ及び半導体チップ５３０ｂの間の封止樹脂５８０が大きく収縮するため、半導体チップ５３０ａと半導体チップ５３０ｂとが近づく方向に曲げ応力が発生する。
【００２７】
次に封止樹脂５８０を薄く形成し、それぞれの位置での封止樹脂５８０の厚さがｔＡ’、ｔＢ’、ｔＣ’となった場合について説明する。
【００２８】
この場合、半導体チップ５３０ａ及び半導体チップ５３０ｂの厚さは変化しないので、ｔＡ’とｔＣ’とがなす封止樹脂５８０の厚さの差は変化しない。同様にｔＢ’とｔＣ’とがなす封止樹脂５８０の厚さの差は変化しない。そのため、半導体チップ５３０が形成されている部分に設けられる封止樹脂５８０の厚さに対して、半導体チップ５３０が形成されていない部分に設けられる封止樹脂５８０の厚さの比率がより大きくなる。
【００２９】
そのため、封止樹脂５８０を薄く形成すると、半導体チップ５３０が形成されていない部分に設けられた封止樹脂５８０の収縮の割合がさらに大きくなり、半導体チップ５３０ａと半導体チップ５３０ｂとが近づく方向に生じる曲げ応力はより大きくなる。
【００３０】
即ち、封止樹脂５８０を薄く形成すると、ＭＣＭ型半導体装置に生じる曲げ応力が大きくなり、コプラナリティーの劣化を生じる恐れがある。
【００３１】
例えば、６ｍｍ×２４ｍｍ（アスペクト比４）の大きさであり、０．１１５ｍｍの厚さの基板に半導体チップを搭載する場合について記載すると、封止樹脂を０．３ｍｍ厚で形成したＭＣＭ型半導体装置では、製造工程などの熱負荷によって反り易くなる。また封止樹脂の厚さを０．４ｍｍ厚とした場合でも反ることがある。
【００３２】
また封止樹脂の厚さを０．６ｍｍ厚とした場合では、小さなＭＣＭ型半導体装置の反り返りは少なくなるものの、基板の大きさが大きいもの（例えば１２ｍｍ×１２ｍｍ）や、基板のアスペクト比がおよそ２より大きいＭＣＭ型半導体装置では反り返ることがある。
【００３３】
尚、封止樹脂の厚さを０．８ｍｍ以上にする場合、ＭＣＭ型半導体装置自体がもつ厚さによって上記反り返りを生じる曲げ応力に対抗するため、反り返りは起こりにくくなる。
【００３４】
また、基板の厚さが０．１５ｍｍ〜０．２０ｍｍ、またはそれ以上の厚さである場合も、上記反り返りは起こりにくい。
【００３５】
つまり、ＭＣＭ型半導体装置を厚く形成する場合には反り返りの問題は生じにくいのであるが、ＭＣＭ型半導体装置を薄く形成するために封止樹脂及び基板などを薄く形成すると反り返りが生じていた。
【００３６】
そのため、基板及び封止樹脂層を薄く形成しても反り返ることがないＭＣＭ半導体装置が求められている。
【００３７】
特許文献２に記載されている方法では、ＭＣＭ型半導体装置に生じる反りを抑制するために基板の一部分の厚さを厚く形成しているので、ＭＣＭ型半導体装置をさらに薄く形成することができない。また特許文献２に記載されている方法では、基板の厚さを所望するように変化させることが必要であるため、製造工程が複雑となり、コストを押し上げる要因となる。
【００３８】
また特許文献３の方法は、半導体チップ自体の剛性を用いてＭＣＭ型半導体装置の変形を防ぐことができる技術であるけれども、少なくとも３個以上の半導体チップによって実現される構成であるので、２個の半導体チップによって実現されるＭＣＭ型半導体装置には適用することができない。
【００３９】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、複数の半導体素子を備える半導体装置の反りを抑え、かつ薄い半導体装置、および半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００４０】
本発明の半導体装置は、上記課題を解決するために、複数の半導体素子を基板上に備える半導体装置であって、複数の上記半導体素子が、上記基板の第１面上に、接着層を挟んで平面的に設けられており、さらに、複数の上記半導体素子の表面であり、上記第１面に対向する面とは反対側の表面に、接着層を介して硬質部材が設けられていることを特徴としている。
【００４１】
上記の構成によれば、複数の半導体素子の上に硬質部材に設けられている。すなわち上記硬質部材は、本発明の半導体装置に設けられている複数の半導体素子を跨ぐように設けられており、硬質部材が梁の役割を果たしている。そのため本発明の半導体装置は変形し難い。
【００４２】
また上述のように変形しにくいため、半導体装置の変形を防ぐために用いられている強度部材を薄くすることができる。そのため、反りを抑え、かつ薄い半導体装置を実現することができる。
【００４３】
また、本発明の半導体装置は、上記課題を解決するために、複数の半導体素子を基板上に備える半導体装置であって、硬質部材が、上記基板の第１面上に、接着層を挟んで設けられており、さらに、上記硬質部材の表面であり、上記第１面に対向する面とは反対側の表面に、接着層を介して複数の上記半導体素子が平面的に設けられていることを特徴としている。
【００４４】
上記の構成によれば、硬質部材が接着層を挟んで本発明の半導体装置の基板に設けられているとともに、複数の半導体素子が接着層を挟んで硬質部材の上に設けられている。すなわち上記硬質部材は基板を補強するように設けられている。そのため本発明の半導体装置は変形し難い。
【００４５】
また上述のように変形しにくいため、半導体装置の変形を防ぐために用いられている強度部材を薄くすることができる。そのため、反りを抑え、かつ薄い半導体装置を実現することができる。
【００４６】
また、さらに、複数の上記半導体素子の表面であり、上記第１面に対向する面とは反対側の表面に、接着層を介して硬質部材が設けられている構成であってもよい。
【００４７】
上記の構成によれば、半導体素子の上下に硬質部材が設けられているので、さらに剛性が高い半導体装置を構成することができる。そのため、十分な回数の温度サイクルの熱負荷を与えたとしても、反りなどの変形を起こしにくい。
【００４８】
また、さらに、上記硬質部材の表面であり、上記第１面に対向する面とは反対側の表面に、接着層を介して複数の上記半導体素子が平面的に設けられている構成であってもよい。
【００４９】
上記の構成によれば、半導体素子を立体的に組み合わせて構成している。つまり、半導体素子を高密度に実装することができ、また十分な回数の温度サイクルに対しても反りなどの変形を起こしにくい。
【００５０】
また、上記第１面に対向する上記硬質部材の表面の面積は、該硬質部材の上記第１面側の表面に設けられている上記接着層のさらに上記第１面側に設けられている複数の上記半導体素子の表面であり、かつ上記第１面に対向している表面の面積の合計よりも大きい構成であってもよい。
【００５１】
上記の構成によれば、硬質部材の表面積が大きいため、半導体装置が反りにくく、また変形し難くなる。また放熱効率が向上する。つまり十分な回数の温度サイクルに対しても半導体装置の動作の信頼性が維持される。
【００５２】
また、上記硬質部材の熱膨張係数は、上記半導体素子の１〜２倍の値である構成であってもよい。
【００５３】
硬質部材の熱膨張係数が半導体素子の熱膨張係数の２倍を超えるような材質で形成されている場合、熱負荷を行ったときに、硬質部材が半導体素子よりも大きく伸縮し、半導体装置の内部にクラックを生じたり、半導体素子を破壊する可能性がある。そのため、硬質部材の熱膨張係数は半導体素子の熱膨張係数の２倍を超えないことが好ましい。
【００５４】
また、硬質部材が基板と複数の半導体素子との間に設けられている場合、上記硬質部材の熱膨張係数が基板の熱膨張係数よりも小さく、半導体素子の熱膨張係数よりも大きくなる。そのため、本発明の半導体装置が熱負荷を受けた場合、上記硬質部材は基板に生じる熱による伸縮を小さくし、基板と半導体素子との熱による伸縮の差を小さくする。そのため、半導体装置の反りを抑えることができる。
【００５５】
また、上記硬質部材がシリコンであってもよく、上記硬質部材がセラミックスであってもよい。
【００５６】
上記の構成によれば、硬質部材の熱膨張係数を典型的な半導体素子の熱膨張係数の１〜２倍の値にすることができる。
【００５７】
また、上記硬質部材が半導体素子で形成されている構成であってもよい。
【００５８】
上記の構成のよれば、硬質部材を設ける場所に半導体素子を設けるので、半導体素子を高密度に実装することができるとともに十分な回数の温度サイクルに対しても反りなどの変形を起こしにくい。
【００５９】
また、上記第１面に設けられている上記半導体素子、上記硬質部材、及び上記接着層が樹脂によって封止されている構成であってもよい。
【００６０】
上記の構成のよれば、樹脂によって半導体装置に生じる機械的な変形を防ぐことができる。
【００６１】
本発明の半導体装置では、さらに硬質部材が設けられているので、樹脂と半導体素子とが熱によって伸縮し、その伸縮の差によって生じる半導体装置の反りを抑えることができる。
【００６２】
また、上記第１面に設けられている上記半導体素子、上記硬質部材、及び上記接着層が樹脂によって封止されているとともに、上記樹脂が上記第１面から最も離れた位置に設けられている上記半導体素子または上記硬質部材の表面であり、上記第１面から離れる向きに形成されている表面の一部で開口部を形成しており、該表面の一部が上記樹脂から露出している構成であってもよい。
【００６３】
上記の構成によれば、封止樹脂が上記第１面から最も離れた位置に設けられている硬質部材の表面に設けられていないので、半導体装置の放熱性が向上する。
【００６４】
特に上記第１面から最も離れた位置に設けられている部材が半導体素子によって形成されている硬質部材である場合、この半導体素子の表面の一部が外部に露出する構成となる。この半導体素子としてＣＣＤ、ＣＭＯＳイメージセンサなどの受光素子やセンサチップ等を用いると、反りを抑えることのできる半導体センサを構成することができる。またＬＥＤなどの発光装置を用いると、反りを抑えることのできる発光装置を構成することができる。
【００６５】
また、上記第１面に設けられている上記半導体素子、上記硬質部材、及び上記接着層が積層して形成された構造物が外部に露出している構成であってもよい。
【００６６】
上記の構成によれば、封止樹脂が設けられていないので、半導体装置の放熱性が向上する。
【００６７】
また、複数の上記半導体素子と、上記基板の表面であり、上記第１面とは反対側の表面である第２面に形成された外部接続電極とのそれぞれの電気的な接続は、上記第１面に設けられた配線電極と複数の上記半導体素子とが金属細線によって電気的に接続されており、上記配線電極と上記外部接続電極とが電気的に接続されており、上記接着層が、上記金属細線の少なくとも一部を覆うように設けられている構成であってもよい。
【００６８】
上記の構成によれば、特に樹脂を上記第１面に設ける場合に、金属細線の変形が抑制されるため、より細い金属細線を採用することができる。即ち材料コストダウンが可能になる。
【００６９】
また、複数の上記半導体素子と、上記基板の表面であり、上記第１面とは反対側の表面である第２面に形成された外部接続電極とのそれぞれの電気的な接続は、上記半導体素子及び上記硬質部材がそれぞれ上記第１面に対向する表面と該表面とは反対側の表面との間を貫通する貫通電極を備えるとともに上記第１面に設けられた配線電極と複数の上記半導体素子とが上記貫通電極によって電気的に接続され、上記配線電極と上記外部接続電極とが電気的に接続されている構成であってもよい。
【００７０】
上記の構成によれば、貫通電極により電気的接続を形成するので、より小さいパッケージサイズで半導体装置を形成することができる。
【００７１】
また、複数の上記半導体素子と、上記基板の表面であり、上記第１面とは反対側の表面である第２面に形成された外部接続電極とのそれぞれの電気的な接続は、上記第１面に設けられた配線電極の上に圧着によって設けられた圧着バンプ電極を設け、上記圧着バンプ電極と、複数の上記半導体素子に設けられたバンプ電極とが金属細線によって電気的に接続され、上記配線電極と上記外部接続電極とが電気的に接続されている構成であってもよい。
【００７２】
上記の構成によれば、金属細線の電気的接続が、半導体素子と金属細線との接触を防止するとともに上記第１面と金属細線とのなす角度を直角に近づけることができる。そのため、上記第１面に設けた配線電極と上記半導体素子に設けたバンプ電極との距離をさらに縮めることができ、より小さいパッケージサイズで半導体装置を形成することができる。
【００７３】
本発明の半導体装置の製造方法は、上記課題を解決するために、複数の半導体素子を基板上に備える半導体装置の製造方法であって、上記基板の第１面に接着層を形成し、複数の上記半導体素子を上記接着層の上に設け、複数の上記半導体素子の表面であり、上記第１面に対向する面とは反対側の表面に接着層を設け、上記接着層の上に硬質部材を設けることを特徴としている。
【００７４】
上記の構成によれば、基板の第１面と硬質部材との間に複数の半導体素子を挟みこむように半導体装置を製造する。
【００７５】
硬質部材は、複数の半導体素子を跨ぐように設けられ、硬質部材が半導体素子の間に梁となるように形成される。そのため本発明の半導体装置は変形し難い。また上述のように変形しにくいため、半導体装置の変形を防ぐために用いられている強度部材を薄くすることができる。そのため、反りを抑え、かつ薄い半導体装置を実現することができる。
【００７６】
本発明の半導体装置の製造方法は、上記課題を解決するために、複数の半導体素子を基板上に備える半導体装置の製造方法であって、上記基板の第１面に接着層を形成し、上記接着層の上に硬質部材を設け、上記硬質部材の表面であり、上記第１面に対向する面とは反対側の表面に接着層を設け、上記接着層の上に複数の上記半導体素子を設けることを特徴としている。
【００７７】
上記の構成によれば、硬質部材が接着層を挟んで本発明の半導体装置の基板に設けられるとともに、複数の半導体素子がさらに接着層を挟んで硬質部材の上に設けられる。
【００７８】
すなわち上記硬質部材は基板を補強するように設けられるので、本発明の半導体装置は変形し難い。また上述のように変形しにくいため、半導体装置の変形を防ぐために用いられている強度部材を薄くすることができる。そのため、反りを抑え、かつ薄い半導体装置を実現することができる。
【発明の効果】
【００７９】
本発明の半導体装置は、以上のように、複数の上記半導体素子が、上記基板の第１面上に、接着層を挟んで平面的に設けられており、さらに、複数の上記半導体素子の表面であり、上記第１面に対向する面とは反対側の表面に、接着層を介して硬質部材が設けられている。
【００８０】
つまり、複数の半導体素子の上に硬質部材に設けられている。すなわち上記硬質部材は、本発明の半導体装置に設けられている複数の半導体素子を跨ぐように設けられており、硬質部材が梁の役割を果たしている。そのため本発明の半導体装置は変形し難い。
【００８１】
また、本発明の半導体装置は、以上のように、硬質部材が、上記基板の第１面上に、接着層を挟んで設けられており、さらに、上記硬質部材の表面であり、上記第１面に対向する面とは反対側の表面に、接着層を介して複数の上記半導体素子が平面的に設けられている。
【００８２】
つまり、硬質部材が接着層を挟んで本発明の半導体装置の基板に設けられているとともに、複数の半導体素子が接着層を挟んで硬質部材の上に設けられている。すなわち上記硬質部材は基板を補強するように設けられている。そのため本発明の半導体装置は変形し難い。
【００８３】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、以上のように、上記基板の第１面に接着層を形成し、複数の上記半導体素子を上記接着層の上に設け、複数の上記半導体素子の表面であり、上記第１面に対向する面とは反対側の表面に接着層を設け、上記接着層の上に硬質部材を設ける構成である。
【００８４】
つまり、基板の第１面と硬質部材との間に複数の半導体素子を挟みこむように半導体装置を製造する。
【００８５】
硬質部材は、複数の半導体素子を跨ぐように設けられ、硬質部材が半導体素子の間に梁となるように形成される。そのため本発明の半導体装置は変形し難い。
【００８６】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、以上のように、上記基板の第１面に接着層を形成し、上記接着層の上に硬質部材を設け、上記硬質部材の表面であり、上記第１面に対向する面とは反対側の表面に接着層を設け、上記接着層の上に複数の上記半導体素子を設ける構成である。
【００８７】
つまり、硬質部材が接着層を挟んで本発明の半導体装置の基板に設けられるとともに、複数の半導体素子がさらに接着層を挟んで硬質部材の上に設けられる。
【００８８】
すなわち上記硬質部材は基板を補強するように設けられるので、本発明の半導体装置は変形し難い。
【００８９】
また上述のように変形しにくいため、半導体装置の変形を防ぐために用いられている強度部材を薄くすることができる。そのため、反りを抑え、かつ薄い半導体装置を実現することができる。
【００９０】
それゆえ、複数の半導体素子を備える半導体装置の反りを抑え、かつ薄い半導体装置を提供することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００９１】
〔実施の形態１〕
本発明の実施の形態について図１〜図９に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００９２】
図１（ａ）は、本実施の形態の半導体装置１００を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。（ａ）では、図面の理解を助けるために、封止樹脂１８０の記載を省略している。尚、以下ではＭＣＭ型半導体装置を単に半導体装置と記載する。
【００９３】
本実施の形態の半導体装置１００は、基板１１０の第１面１１０ａに第１接着層１２０（接着層）を介在して半導体チップ１３０（半導体素子）が平面的に設けられている。本実施の形態の半導体装置１００では、複数の半導体チップ１３０が設けられており、マルチチップモジュール型半導体装置（ＭＣＭ型半導体装置）を構成している。図１では２個の半導体チップが設けられており、それぞれ半導体チップ１３０ａ、半導体チップ１３０ｂである。
【００９４】
基板１１０は、例えばガラスクロスを基材とし、エポキシ樹脂やＢＴ（ビスマレイミド・トリアジン）樹脂などの有機材質を含侵後硬化させた樹脂ポリマーを絶縁層として採用する基板などを用いることができる。そして上記の絶縁層上に銅配線をパターンニング等によって形成し、更にソルダーレジスト等を塗工した後熱硬化させ、上記の銅配線間の絶縁を確保したものなどを用いることができる。
【００９５】
第１接着層１２０は、ダイボンドペースト、ダイアタッチフィルム、またはアンダーフィル等の周知の接着のための部材を用いてもよい。
【００９６】
また上記の半導体チップ１３０ａ及び半導体チップ１３０ｂは、それぞれの半導体チップ１３０に設けられたパッド部（図示せず）と基板１１０の第１面１１０ａに設けられた電極部１５０（配線電極）とが金属細線１４０によって接続されており、電気的にも接続している。金属細線１４０及び電極部１５０は、例えば金またはアルミによって形成されていてもよい。
【００９７】
一方、基板１１０の第１面１１０ａの裏側に設けられる第２面１１０ｂは、外部接続端子電極部（図示せず）を介在して、半田ボールなどの外部接続用電極１９０（外部接続電極）を備えている。
【００９８】
基板１１０の第１面１１０ａに形成されている電極部１５０と第２面１１０ｂに形成されている図示しない外部接続端子電極部とは、例えばスルーホールや導電性ピラーなどによって層間接続されており、電気的に接続されている。
【００９９】
本実施の形態の半導体装置１００では、更に半導体チップ１３０ａ及び半導体チップ１３０ｂと、上記半導体チップ１３０ａ及び１３０ｂに設けられたそれぞれの金属細線１４０とのさらに上部であり、１１０ａ面に対向する位置に第２接着層１６０（接着層）が設けられている。
【０１００】
第２接着層１６０のさらに上部には、半導体チップ１３０ａ及び半導体チップ１３０ｂを跨ぐように硬質部材１７０が設けられている。そして、本実施の形態の半導体装置１００は、上記基板１１０の第１面１１０ａ、第１接着層１２０、半導体チップ１３０、金属細線１４０、電極部１５０、第２接着層１６０、及び硬質部材１７０の周囲に封止樹脂１８０（樹脂）が設けられて封止されている。封止樹脂１８０は、エポキシ樹脂などの周知の封止部材を用いても良い。
【０１０１】
硬質部材１７０は、半導体チップ１３０ａ及び半導体チップ１３０ｂを跨ぐように設けられており、半導体チップ１３０ａと半導体チップ１３０ｂとの間に梁のように設けられている。そして、半導体チップ１３０ａ及び半導体チップ１３０ｂが上記硬質部材１７０に対向する表面の面積の合計よりも、硬質部材１７０が１１０ａ面に対向する表面の面積の方が大きいことが好ましい。
【０１０２】
本実施の形態の半導体装置１００は、上記のような硬質部材１７０を備えているので、基板や封止樹脂等だけを備える半導体装置よりも強度を向上することができる。そのため、基板や封止樹脂等で強度を補っていた部材を薄く形成することができるので、反りを抑え、かつ薄い半導体装置を構成することができる。
【０１０３】
また硬質部材１７０は、熱膨張係数が半導体チップ１３０ａ及び半導体チップ１３０ｂの１〜２倍の材質であることが好ましい。
【０１０４】
硬質部材１７０の熱膨張係数が半導体チップ１３０の熱膨張係数の２倍を超えるような材質で形成されている場合、熱負荷を行ったときに、硬質部材１７０が半導体チップ１３０よりも大きく伸縮し、半導体装置１００の内部にクラックを生じたり、半導体チップ１３０を破壊する可能性がある。そのため、硬質部材１７０の熱膨張係数は半導体チップ１３０の熱膨張係数の２倍を超えないことが好ましい。
【０１０５】
例えばアルミニウム（熱膨張係数２３．５ｐｐｍ／℃）や銅（同１７ｐｐｍ／℃）では熱膨張係数が典型的な半導体チップの熱膨張係数（約３〜４ｐｐｍ／℃）よりも大きいため、本実施の形態の半導体装置１００ではこれらの材質を用いないことが好ましい。
【０１０６】
硬質部材１７０は、たとえばシリコン、またはセラミックなどによって形成することができる。
【０１０７】
尚、本実施の形態の半導体装置に用いる半導体チップの熱膨張係数が典型的な半導体チップよりも大きい場合には、当該半導体チップの熱膨張係数に従って上記硬質部材を設定すればよく、その場合にはアルミニウムや銅を採用可能とする場合もありうる。
【０１０８】
次に、硬質部材１７０が設けられている第２接着層１６０は、例えば引用文献１に記載されているような部材を用いることができる。
【０１０９】
例えば、室温では固体であるが、半導体チップ１３０等の被着物に接するときの温度では溶融した状態となる接着部材を用いることができる。そして、上記接着部材が溶融する温度では、その粘度（溶融粘度）が５０Ｐａ・ｓ以下であっても良く、好ましくは３Ｐａ・ｓから０．１Ｐａ・ｓであるような接着部材を用いることができる。
【０１１０】
このような接着部材を第２接着層１６０が設けられる部位に用いると、硬質部材１７０と半導体チップ１３０との間に設けられた接着部材が加熱されて溶融する場合に、上記接着部材がその表面張力によって硬質部材１７０の中央部で厚く、周辺部では薄くなるように分布する。そのため、第２接着層１６０は中央部で厚く、周辺部では薄く形成される。
【０１１１】
そのため、金属細線１４０が変形したり、ボイドを起こすことなく半導体チップ１３０ａ、半導体チップ１３０ｂ、及び金属細線１４０を覆うように硬質部材１７０を設けることができる。第２接着層１６０は、例えば液状接着剤である住友ベークライト製  ＣＲＰ−Ｘ４２９１などを用いることができる。
【０１１２】
尚、第２接着層１６０は、上記の液状接着剤に限定するものではなく、金属細線１４０の変形やボイドを引き起こさない絶縁性樹脂材質であれば周知のものを用いることができる。
【０１１３】
つまり、本実施の形態の半導体装置１００は、次のような工程を行うことによって製造することができる。
【０１１４】
まず、基板１１０の第１面１１０ａに電極部１５０を形成する。そして基板１１０の第１面１１０ａの裏側の第２面１１０ｂに図示しない外部接続端子電極部を形成する。電極部１５０と外部接続端子電極部とは、例えばスルーホールや導電性ピラーなどによって層間接続されており、電気的に接続されている。そして外部接続端子電極部に半田ボールなどの外部接続用電極１９０を設ける。
【０１１５】
次に、基板１１０の第１面１１０ａに第１接着層１２０を形成する。第１接着層１２０はこの上に形成する複数の半導体チップ１３０（図１では２個の半導体チップ１３０ａ、１３０ｂ）の位置に従って形成すれば良い。
【０１１６】
そして、第１接着層１２０の上に半導体チップ１３０ａ、１３０ｂを設ける。
【０１１７】
また、半導体チップ１３０ａ、１３０ｂに設けられた図示しないパッド部に金属細線１４０の一方の端を接続する。金属細線１４０の他方の端は第１面１１０ａに設けられている電極部１５０に接続する。
【０１１８】
次に、半導体チップ１３０ａ、１３０ｂの上に第２接着層１６０を形成し、さらに半導体チップ１３０ａ及び半導体チップ１３０ｂを跨ぐように硬質部材１７０を設ける。そして上記基板１１０の第１面１１０ａ、第１接着層１２０、半導体チップ１３０、金属細線１４０、電極部１５０、第２接着層１６０、及び硬質部材１７０の周囲に封止樹脂１８０を設けて封止する。
【０１１９】
次に、本実施の形態の半導体装置１００で実現される反りの抑制効果について説明する。
【０１２０】
本実施の形態の半導体装置１００では、従来の半導体装置と比較して、第２接着層１６０と硬質部材１７０とが設けられている。そのため、従来の半導体装置と同じ高さまで封止樹脂１８０を形成する場合、封止樹脂１８０の厚さが第２接着層１６０と硬質部材１７０との厚さの分だけ薄く形成されることになる。
【０１２１】
そして、封止樹脂１８０の厚さが薄くなった部分には、熱膨張係数が半導体チップ１３０に対して１〜２倍の材質である硬質部材１７０が設けられている。
【０１２２】
封止樹脂１８０の熱膨張係数が典型的には約８〜２０ｐｐｍ／℃であり、半導体チップ１３０の熱膨張係数が典型的には約３〜４ｐｐｍ／℃であるので、上記のように形成された硬質部材１７０の熱膨張係数は例えば約３〜８ｐｐｍ／℃であることが好ましい。
【０１２３】
本実施の形態の半導体装置１００では、上述のように、封止樹脂１８０の一部が第２接着層１６０と硬質部材１７０とによって置き換えられている。そしてその厚さの多くは硬質部材１７０である。
【０１２４】
硬質部材１７０は封止樹脂１８０よりも熱膨張係数が小さく、半導体チップ１３０の熱膨張係数に対して１〜２倍の材質であるので、第２接着層１６０と硬質部材１７０とを用いることによって半導体チップ１３０の上部（基板１１０の第１面１１０ａ側であり、上記第１面１１０ａから離れる向き）に作用する熱による伸縮の影響を減らすことができる。
【０１２５】
図２は、図１の（ｂ）に示す本実施の形態の半導体装置１００に形成される封止樹脂１８０の層の厚さを示す断面図である。
【０１２６】
図２に示すように第２接着層１６０及び硬質部材１７０の上下では、封止樹脂１８０がそれぞれ厚さｔ１、ｔ２で形成されている。また半導体チップ１３０ａなどが形成されていない部分では、封止樹脂１８０がｔ３の厚さで形成されている。
【０１２７】
本実施の形態の半導体装置１００では、図２に示されるように硬質部材１７０が半導体チップ１３０ａ及び半導体チップ１３０ｂを跨ぐように設けられている。
【０１２８】
そのため、半導体チップ１３０ａと半導体チップ１３０ｂとの間に設けられている封止樹脂１８０は、その厚さが基板１１０の第１面１１０ａから順にそれぞれｔ１、ｔ２となる。
【０１２９】
硬質部材１７０の上部では、封止樹脂１８０が設けられる厚さはｔ１である。そのため、厚さｔ１の封止樹脂の層が熱負荷によって伸縮した場合、基板１１０に設けられている半導体チップ１３０ａ、半導体チップ１３０ｂ、及び半導体チップ１３０ａと半導体チップ１３０ｂとの間の領域のそれぞれでは、同じ量だけｔ１が伸縮する。つまり、硬質部材１７０よりも上部に形成された封止樹脂１８０の伸縮では、本実施の形態の半導体装置に反りが生じにくい。
【０１３０】
そのため、本実施の形態の半導体装置１００では、半導体チップ１３０ａと半導体チップ１３０ｂとの間に生じる半導体装置１００を曲げようとする力（曲げ応力）は、ｔ２の厚さによって生じる曲げ応力のみを検討すれば良いことになる。
【０１３１】
次に、硬質部材１７０と基板１１０との間に設けられた厚さｔ２の封止樹脂１８０が熱負荷によって伸縮した場合について記載する。この場合、第１接着層１２０及び半導体チップ１３０ａと、第１接着層１２０及び半導体チップ１３０ｂと、封止樹脂１８０との伸縮の違いによってそれぞれの領域の界面で応力が生じる。これらの応力の大きさの違いによって、基板１１０と、硬質部材１７０及び第２接着層１６０によって形成されている層に半導体装置１００を曲げようとする曲げ応力が作用する。
【０１３２】
本実施の形態の半導体装置１００では、この曲げ応力を基板１１０、硬質部材１７０、及び第２接着層１６０によって支えている。
【０１３３】
つまり、本実施の形態の半導体装置１００では、厚さｔ２の封止樹脂１８０によって生じる曲げ応力を上下に設けられた強度部材である基板１１０、硬質部材１７０、及び第２接着層１６０によって支えている。このため、半導体装置１００の反りが抑制されるという効果がある。
【０１３４】
また、上記の強度部材である基板１１０、硬質部材１７０、及び第２接着層１６０は、基板１１０に平行な方向に作用する封止樹脂１８０の伸縮によって生じる応力に対しても変形を抑制する作用がある。
【０１３５】
図３は、図１の（ｂ）に示す本実施の形態の半導体装置１００に形成される封止樹脂１８０の層の厚さを示す断面図であり、図２とは層の厚さを決めている方向が異なっている。図３では基板１１０に平行な方向での封止樹脂１８０の層の厚さを示している。
【０１３６】
図３に示すように、硬質部材１７０の上部であり、基板１１０に平行な方向での封止樹脂１８０の層の厚さをｗ１とする。そして、基板１１０から第２接着層１６０が設けられる高さまでの領域であり、封止樹脂１８０の端部から半導体チップ１３０ａまでに設けられている封止樹脂１８０の厚さをｗ２、半導体チップ１３０ａから半導体チップ１３０ｂまでに設けられている封止樹脂１８０の厚さをｗ３、半導体チップ１３０ｂから封止樹脂１８０の端部までに設けられている封止樹脂１８０の厚さをｗ４とする。
【０１３７】
本実施の形態の半導体装置１００では、上記ｗ１での封止樹脂１８０の伸縮によって生じる曲げ応力は、基板１１０、硬質部材１７０、及び第２接着層１６０によって支えられている。本実施の形態の半導体装置１００では、従来の半導体装置に比べて硬質部材１７０、及び第２接着層１６０が新たに設けられている。そのため、従来の半導体装置の構成よりも封止樹脂１８０の形成されている領域が小さいので、ｗ１で伸縮を生じることによって発生する応力は小さくなっている。
【０１３８】
また、ｗ２、ｗ３、ｗ４に生じる応力は、上記の強度部材である基板１１０、硬質部材１７０、及び第２接着層１６０によって支えられている。従来の半導体装置と比べて、硬質部材１７０及び第２接着層１６０が梁のように作用し、半導体チップ１３０ａ及び半導体チップ１３０ｂの位置が離れないように支えている。そのため、特にｗ３での封止樹脂１８０の伸縮による曲げ応力に対して変形を抑制する作用がある。
【０１３９】
また、本実施の形態の半導体装置１００では、硬質部材１７０が基板１１０よりも熱膨張係数がちいさいので、基板１１０に平行な方向の伸縮を抑制する効果もある。
【０１４０】
本実施の形態の半導体装置１００では、上述のように、熱膨張係数が半導体チップ１３０の１〜２倍の材質で形成された硬質部材１７０が、第２接着層１６０を介して半導体チップ１３０ａ及び半導体チップ１３０ｂに設けられている。そのため、硬質部材１７０及び第２接着層１６０が梁のように作用し、半導体チップ１３０ａ及び半導体チップ１３０ｂの位置が離れないように支えることができる。そのため、基板１１０の伸縮によって生じる反りや変形を抑制する作用がある。
【０１４１】
また、本実施の形態の半導体装置１００では、半導体チップ１３０ａ及び半導体チップ１３０ｂが上記硬質部材１７０に対向する表面の面積の合計よりも、硬質部材１７０が１１０ａ面に対向する表面の面積の方が大きいことが好ましい。
【０１４２】
つまり、本実施の形態の半導体装置１００は反りにくく、変形し難いので十分な回数の温度サイクルに対しても装置の動作の信頼性が維持される。
【０１４３】
尚、本実施の形態の半導体装置１００は、上述のような構造をしているが、例えば図４に示す半導体装置１０１のように、半導体装置１０１に搭載される複数の半導体チップ１３１（図４では半導体チップ１３１ａ、１３１ｂの２個）がバンプ電極１４１を備えており、基板１１０の第１面１１０ａに設けられた電極部１５０と上記バンプ電極１４１とがフリップチップ方式によって接続される構成であっても良い。このようなフリップチップ方式は、例えば金バンプを熱によって電極部１５０に接合する方法や、異方性導電膜を用いる方法など、周知の方法を用いることができる。
【０１４４】
特に異方性導電膜を用いる方法では、半導体装置１００で第１接着層１２０を設けていた部位に異方性導電膜１２１を設ける構成とすることができる。
【０１４５】
尚、半導体チップ１３１ａ、１３１ｂと第１面１１０ａとが対向している部位では、バンプ電極１４１と電極部１５０とが接触している領域に異方性導電膜１２１を設け、上記接続部以外では第１接着層１２０を設ける構成としても良い。
【０１４６】
また、図５に示す半導体装置１０２のように、半導体装置１０２に搭載される複数の半導体チップ１３２（図５では半導体チップ１３２ａ、１３２ｂの２個）が上部バンプ電極１４２を備えており、基板１１０の第１面１１０ａに設けられた電極部１５０にさらに圧着ボール１５１（圧着バンプ電極）を設け、上記上部バンプ電極１４２と上記圧着ボール１５１とが金属細線１４０によって接続される、逆ワイヤーボンディング工程によって電気的に接続される構成であっても良い。
【０１４７】
このように構成される本実施の形態の半導体装置１０１及び１０２は、反りにくく、変形し難いので十分な回数の温度サイクルに対しても装置の動作の信頼性が維持される。
【０１４８】
また、図６に示すように、硬質部材１７０を設けるかわりに半導体チップ１７１（半導体素子）を設ける構成としても良い。図６に示す半導体装置１０３は、半導体装置１００の構成のうち硬質部材１７０が半導体チップ１７１で構成されている。
【０１４９】
上記の半導体チップ１７１は、硬質部材１７０と同様に半導体チップ１３０ａ及び半導体チップ１３０ｂを跨ぐように設けられており、半導体チップ１３０ａと半導体チップ１３０ｂとの間に梁のように設けられている。そして、半導体チップ１３０ａ及び半導体チップ１３０ｂが上記半導体チップ１７１に対向する表面の面積の合計よりも、半導体チップ１７１が１１０ａ面に対向する表面の面積の方が大きいことが好ましい。
【０１５０】
このように硬質部材１７０のかわりに半導体チップ１７１を設ける構成とすることにより、半導体チップを高密度に実装することができ、また反りなどの変形を起こしにくい半導体装置を実現することができる。そのため、十分な回数の温度サイクルに対しても装置の動作の信頼性が維持される。
【０１５１】
また、図７に示すように、封止樹脂１８０を設けない構成としても良い。さらに図８及び図９に示すように、硬質部材１７０または半導体チップ１７１の一部が封止樹脂１８０から露出するように構成しても良い。
【０１５２】
図７に示す半導体装置１０４は、半導体装置１０１の構成のうち、封止樹脂１８０を設けない構成である。
【０１５３】
また、図８に示す半導体装置１０５は、半導体装置１００の構成のうち、第１面１１０ａに対向する硬質部材１７０の表面であり、かつ第１面１１０ａから離れている側の表面の一部に封止樹脂１８０を設けない構成である。さらに図９に示す半導体装置１０６は、半導体装置１０３の構成のうち、第１面１１０ａに対向する半導体チップ１７１の表面であり、かつ第１面１１０ａから離れている側の表面の一部に開口部１８１を形成し、開口部１８１には封止樹脂１８０を設けない構成である。
【０１５４】
従来の半導体装置で本実施形態の半導体装置１０４〜１０６のように封止樹脂を設けない構成とすると、半導体装置の形状は基板のみによって支える構成となる。一方、半導体装置を薄く形成する場合などでは、基板についても薄く形成する必要がある。そのため、半導体装置を薄く形成する場合などでは、基板の厚みが薄くなり、半導体装置がその形状を保つための剛性が低く、かつ小さな外力で曲がってしまう恐れがある。
【０１５５】
本実施の形態の半導体装置１０４〜１０６では、硬質部材１７０または半導体チップ１７１がそれぞれの半導体装置１０４〜１０６の中でそれぞれの半導体チップ間１３０等をつなぐ梁のように設けられているので、半導体装置１０４〜１０６の剛性を増すことができる。
【０１５６】
また、上記半導体装置１０４〜１０６では、封止樹脂が設けられていない開口部１８１があり、封止樹脂と半導体チップ１３０等との熱膨張係数の違いによる半導体装置の反りは生じにくい。
【０１５７】
さらに封止樹脂１８０が設けられていないので、半導体装置１０４〜１０６では半導体装置の放熱性が向上する。
【０１５８】
特に半導体装置１０６の構成では、半導体チップ１７１の表面の一部が開口部１８１から外部に露出している構成なので、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）、ＣＭＯＳイメージセンサ（ＣＭＯＳ：Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ）などの受光素子やセンサチップ等を半導体チップ１７１として用いることができる。またＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）などの発光装置などを半導体チップ１７１として用いることができる。
【０１５９】
また、半導体装置１０４〜１０６では、半導体チップ１３０ａ，１３０ｂまたは半導体チップ１３１ａ，１３１ｂが上記硬質部材１７０に対向する表面の面積の合計よりも、硬質部材１７０が１１０ａ面に対向する表面の面積の方が大きいことで、放熱効率が向上し、半導体装置の電気特性や光学特性が安定する複合的な効果を生じる。
【０１６０】
また、図１０に示す半導体装置１０７のように、半導体装置１００の硬質部材１７０の上にさらに第３接着層１６１（接着層）が設けられ、さらにその上部に複数の半導体チップ１３３（半導体素子）が設けられた後に、その周囲に封止樹脂１８０が設けられて封止される構成であっても良い。
【０１６１】
図１０では２個の半導体チップが設けられており、それぞれ半導体チップ１３３ａ、半導体チップ１３３ｂである。また半導体チップ１３３ａ及び半導体チップ１３３ｂは、それぞれの半導体チップ１３３に設けられた図示しないパッド部と電極部１５０とが第２金属細線１４３によって接続されており、電気的にも接続している。第２金属細線１４３は、例えば金またはアルミによって形成されていてもよい。
【０１６２】
上記のように半導体装置１０７では、半導体チップを複数立体的に組み合わせて構成するので半導体チップを高密度に実装することができ、また反りなどの変形を起こしにくい半導体装置を実現することができる。そのため、十分な回数の温度サイクルに対しても装置の動作の信頼性が維持される。
【０１６３】
尚、上記では半導体チップ及び硬質部材を３層まで立体的に組み合わせる構造について説明したが、これらの積層の方法を組み合わせてさらに半導体チップ及び硬質部材を高層にまで積層することができることはいうまでもない。
【０１６４】
〔実施の形態２〕
本発明の他の実施の形態について図１１〜図１３に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態において説明すること以外の構成は、上述の実施の形態１と同じである。また、説明の便宜上、上述の実施の形態１の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１６５】
図１１（ａ）は、本実施の形態の半導体装置２００を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。（ａ）では、図面の理解を助けるために、封止樹脂２８０の記載を省略している。
【０１６６】
本実施の形態の半導体装置２００は、基板２１０の第１面２１０ａに第１接着層２２０を介在して硬質部材２７０が設けられている。基板２１０、第１接着層２２０、及び硬質部材２７０はそれぞれ基板１１０、第１接着層１２０、及び硬質部材１７０と同等の部材で構成されている。
【０１６７】
本実施の形態の半導体装置２００では、第１面２１０ａと硬質部材２７０との間に設けられる接着部材は第１接着層２２０で構成されている場合について記載するが、実施の形態１に記載する第２接着層１６０と同等の部材を用いて構成しても良い。
【０１６８】
そして、本実施の形態の半導体装置２００では、硬質部材２７０の上に第２接着層２６０が設けられ、さらにその上部に複数の半導体チップ２３０が平面的に設けられている。図１１では２個の半導体チップが設けられており、それぞれ半導体チップ２３０ａ、半導体チップ２３０ｂである。
【０１６９】
第２接着層２６０は第１接着層２２０と同様に、実施の形態１に記載する第１接着層１２０または第２接着層１６０と同等の部材である。また、半導体チップ２３０ａ、半導体チップ２３０ｂなどはそれぞれ、半導体チップ１３０ａ、半導体チップ１３０ｂなどと同等の部材である。
【０１７０】
そして、上記の半導体チップ２３０ａ及び半導体チップ２３０ｂは、それぞれの半導体チップ２３０に設けられたパッド部（図示せず）と基板２１０の第１面２１０ａに設けられた電極部２５０とが金属細線２４０によって接続されており、電気的にも接続している。金属細線２４０及び電極部２５０はそれぞれ、金属細線１４０及び電極部１５０と同等の部材で構成されている。
【０１７１】
一方、基板２１０の第１面２１０ａの裏側に設けられる第２面２１０ｂは、外部接続端子電極部（図示せず）を介在して、外部接続用電極１９０と同等の部材で構成される外部接続用電極２９０を備えている。
【０１７２】
基板２１０の第１面２１０ａに形成されている電極部２５０と第２面２１０ｂに形成されている図示しない外部接続端子電極部とは、例えばスルーホールや導電性ピラーなどによって層間接続されており、電気的に接続されている。
【０１７３】
そして、本実施の形態の半導体装置２００では、上記基板２１０の第１面２１０ａ、第１接着層２２０、硬質部材２７０、第２接着層２６０、半導体チップ２３０、金属細線２４０、及び電極部２５０の周囲に封止樹脂２８０が設けられて封止されている。封止樹脂２８０は、封止樹脂１８０などと同等の封止部材である。
【０１７４】
硬質部材２７０は、半導体チップ２３０ａ及び半導体チップ２３０ｂと、基板２１０との間に設けられている。そして、半導体チップ２３０ａ及び半導体チップ２３０ｂが上記硬質部材２７０に対向する表面の面積の合計よりも、硬質部材２７０が２１０ａ面に対向する表面の面積の方が大きいことが好ましい。
【０１７５】
また硬質部材２７０は、熱膨張係数が半導体チップ２３０ａ及び半導体チップ２３０ｂの１〜２倍の材質であることが好ましい。
【０１７６】
このように構成することによって、基板２１０及び半導体チップ２３０に作用する曲げ応力を硬質部材２７０が支える。そのため、本実施の形態の半導体装置２００が反るなどの変形を起こしにくい。
【０１７７】
また、典型的な基板の熱膨張係数は約１２〜３０ｐｐｍ／℃であり、典型的な半導体チップの熱膨張係数である約３〜４ｐｐｍ／℃に比べて熱膨張係数が大きいことが知られている。
【０１７８】
本実施の形態の半導体装置２００では、熱膨張係数が半導体チップ２３０の１〜２倍の値であるように硬質部材２７０が構成されている。そして硬質部材２７０が、半導体チップ２３０と、基板２１０との間に設けられている。そのため、本実施の形態の半導体装置２００が熱負荷を受けた場合、半導体チップ２３０は基板２１０の伸縮の影響を直接受けることなく、基板２１０と硬質部材２７０との熱による伸縮の結果生じた硬質部材２７０の伸縮の影響を受けることになる。
【０１７９】
このとき、硬質部材２７０は第１接着層１２０を介して基板２１０に接合しているため、硬質部材２７０単独で熱負荷を受けた場合よりも大きな伸縮を行うが、基板２１０の伸縮の大きさよりも小さな伸縮を行うことになる。そのため、基板２１０の伸縮が半導体チップ２３０に及ぼす曲げ応力の影響は、硬質部材２７０を設けることによって減少することがわかる。
【０１８０】
つまり、本実施の形態の半導体装置２００は、熱負荷を受けた場合に反りにくく、変形し難い。そして、十分な回数の温度サイクルに対しても装置の動作の信頼性が維持される。
【０１８１】
また、本実施の形態の半導体装置２００は、上記のような硬質部材２７０を備えているので、基板や封止樹脂等だけを備える半導体装置よりも強度を向上することができる。そのため、基板や封止樹脂等で強度を補っていた部材を薄く形成することができるので、反りを抑え、かつ薄い半導体装置を構成することができる。
【０１８２】
このような半導体装置２００は、次のような工程を行うことによって製造することができる。
【０１８３】
まず、基板２１０の第１面２１０ａに電極部２５０を形成する。そして基板２１０の第１面２１０ａの裏側の第２面２１０ｂに図示しない外部接続端子電極部を形成する。電極部２５０と外部接続端子電極部とは、例えばスルーホールや導電性ピラーなどによって層間接続されており、電気的に接続されている。そして外部接続端子電極部に半田ボールなどの外部接続用電極２９０を設ける。
【０１８４】
次に、基板２１０の第１面２１０ａに第１接着層２２０を形成する。第１接着層２２０はこの上に形成する硬質部材２７０の位置に従って形成すれば良い。
【０１８５】
そして、第１接着層２２０の上に硬質部材２７０を設ける。
【０１８６】
次に、硬質部材２７０の上に第２接着層２６０を形成し、さらに半導体チップ２３０ａ及び半導体チップ２３０ｂを第２接着層２６０の上に設ける。
【０１８７】
そして、半導体チップ２３０ａ、２３０ｂに設けられた図示しないパッド部に金属細線２４０の一方の端を接続する。金属細線２４０の他方の端は第１面２１０ａに設けられている電極部２５０に接続する。
【０１８８】
そして上記基板２１０の第１面２１０ａ、第１接着層２２０、硬質部材２７０、第２接着層２６０、半導体チップ２３０、金属細線２４０、及び電極部２５０の周りに封止樹脂２８０を設けて封止する。
【０１８９】
尚、本実施の形態の半導体装置２００では、基板２１０に設けられた電極部２５０と半導体チップ２３０とは、金属細線２４０によって接続されていることについて説明したが、電極部２５０と半導体チップ２３０との接続の方法は上記に限定されず、例えば実施の形態１で説明したようにフリップチップの方法で接続されていても良いし、逆ワイヤーボンディング工程によって接続されていても良い。また、図１２に示す半導体装置２０１のように、硬質部材２７０及び半導体チップ２３０に設けた第１貫通電極２５１、及び第２貫通電極２５２によって半導体チップ２３０に設けられた図示しないパッド部と電極部２５０とを電気的に接続する構成としてもよい。
【０１９０】
本実施の形態の半導体装置２０１では、硬質部材２７０の基板２１０に対向する２個の表面の間、及び半導体チップ２３０の基板２１０に対向する２個の表面の間にそれぞれ第１貫通電極２５１、及び第２貫通電極２５２が設けられている。そして、半導体チップ２３０に設けられた図示しないパッド部と第２貫通電極２５２とが第３金属細線２４３によって接続され、第２貫通電極２５２と第１貫通電極２５１とが電気的に接続され、さらに第１貫通電極２５１と電極部２５０とが電気的に接続されている。このように構成するため、本実施の形態の半導体装置２０１は熱負荷を受けた場合に反りにくく、変形し難い。そして、十分な回数の温度サイクルに対しても装置の動作の信頼性が維持される。
【０１９１】
また、図１３に示す半導体装置２０２のように、半導体装置２００の半導体チップ２３０の上にさらに第３接着層２６１が設けられ、さらにその上部に第２硬質部材２７１が設けられた後に、その周囲に封止樹脂２８０が設けられて封止される構成であっても良い。
【０１９２】
半導体装置２０２では、半導体チップ２３０ａ及び半導体チップ２３０ｂと、上記半導体チップ２３０ａ及び２３０ｂに設けられたそれぞれの金属細線２４０とのさらに上部であり、１１０ａ面に対向する位置に第３接着層２６１が設けられている。第３接着層２６１は実施の形態１に記載する第２接着層１６０と同等の部材であることが好ましい。
【０１９３】
上記のように半導体装置２０２では、半導体チップ２３０ａ及び２３０ｂの上下に硬質部材２７０及び第２硬質部材２７１が設けられているので、さらに剛性が高い半導体装置を構成することができる。そのため、十分な回数の温度サイクルの熱負荷を与えたとしても、反りなどの変形を起こしにくい半導体装置を実現することができる。
【０１９４】
またこれらの半導体装置は、図７〜図９に記載するように封止樹脂２８０の一部または全部が取り除かれている構成であっても良い。
【０１９５】
〔実施の形態３〕
本発明の他の実施の形態について図１４に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態において説明すること以外の構成は、上述の実施の形態１と同じである。また、説明の便宜上、上述の実施の形態１の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１９６】
図１４（ａ）は、本実施の形態の半導体装置３００を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ’断面図である。（ａ）では、図面の理解を助けるために、封止樹脂１８０の記載を省略している。
【０１９７】
本実施の形態の半導体装置３００では、実施の形態１の半導体装置１００の第２接着層１６０及び硬質部材１７０が基板１１０の第１面１１０ａの長手方向に延びるとともに、第１面１１０ａに平行な平面状であり上記長手方向に垂直な方向では、第１面１１０ａに対向する平面の幅が狭くなるように第２接着層３６０及び硬質部材３７０が形成されている。つまり第２接着層３６０及び硬質部材３７０は、半導体チップ１３０ａ及び半導体チップ１３０ｂを跨ぐように設けられており、オーバーハングした構造となっている。
【０１９８】
また、半導体チップ１３０ａ及び半導体チップ１３０ｂが上記硬質部材３７０に対向する表面の面積の合計よりも、硬質部材３７０が１１０ａ面に対向する表面の面積の方が大きくなるように形成されている。
【０１９９】
尚、硬質部材３７０の熱膨張係数は半導体チップ１３０ａ及び半導体チップ１３０ｂの１〜２倍の材質であることが好ましい。
【０２００】
本実施の形態の半導体装置３００は、上記のように構成されるので反りにくく、変形し難い。そのため、十分な回数の温度サイクルに対しても装置の動作の信頼性が維持される。
【０２０１】
また、本実施の形態の半導体装置３００は、上記のような硬質部材３７０を備えているので、基板や封止樹脂等だけを備える半導体装置よりも強度を向上することができる。そのため、基板や封止樹脂等で強度を補っていた部材を薄く形成することができるので、反りを抑え、かつ薄い半導体装置を構成することができる。
【０２０２】
またこれらの半導体装置は、図７〜図９に記載するように封止樹脂１８０の一部または全部が取り除かれている構成であっても良い。
【０２０３】
なお本発明は、以上説示した各構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【０２０４】
また、上記では半導体チップ及び硬質部材を３層まで立体的に組み合わせる構造について説明したが、これらの積層の方法を組み合わせてさらに半導体チップ及び硬質部材を高層にまで積層することができることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０２０５】
以上のように、本発明では、半導体装置が硬質部材を備えており、半導体装置に熱負荷が生じた場合に変形する作用を抑えることができる。そのため、複数の半導体チップを平面的に搭載し、一つのＩＣパッケージに組み込まれて形成されるマルチチップモジュール型半導体装置や、複数の半導体チップが積層して立体的に形成される積層型マルチチップモジュール型半導体装置などの集積回路をパッケージとして形成する場合に応用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０２０６】
【図１】（ａ）は本発明における半導体装置の実施の一形態を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。
【図２】図１の（ｂ）に示す半導体装置に形成される封止樹脂の層の厚さを示す断面図である。
【図３】図１の（ｂ）に示す半導体装置に形成される別の封止樹脂の層の厚さを示す断面図である。
【図４】図１に示す半導体装置の別の実施の一形態を示す断面図であり、半導体チップがフリップチップ方式によって基板に設けられる構成を示す断面図である。
【図５】図１に示す半導体装置の別の実施の一形態を示す断面図であり、半導体チップが逆ワイヤーボンディング工程によって基板に設けられる構成を示す断面図である。
【図６】図１に示す半導体装置の別の実施の一形態を示す断面図であり、硬質部材のかわりに半導体チップが設けられている構成を示す断面図である。
【図７】図４に示す半導体装置の別の実施の一形態を示す断面図であり、封止樹脂を設けない構成を示す断面図である。
【図８】図１に示す半導体装置の別の実施の一形態を示す断面図であり、硬質部材を覆う表面の一部に封止樹脂を設けない構成を示す断面図である。
【図９】図６に示す半導体装置の別の実施の一形態を示す断面図であり、最上部に設けられた半導体チップを覆う表面の一部に封止樹脂を設けない構成を示す断面図である。
【図１０】図１に示す半導体装置の別の実施の一形態を示す断面図であり、硬質部材のさらに上部に半導体チップが設けられている構成を示す断面図である。
【図１１】（ａ）は本発明における半導体装置の別の実施の一形態を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。
【図１２】図１１に示す半導体装置の別の実施の一形態を示す断面図であり、硬質部材及び半導体チップに設けられた貫通電極によって半導体チップの配線を行う構成を示す断面図である。
【図１３】図１１に示す半導体装置の別の実施の一形態を示す断面図であり、半導体チップのさらに上部に硬質部材が設けられている構成を示す断面図である。
【図１４】（ａ）は本発明における半導体装置の別の実施の一形態を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ’断面図である。
【図１５】（ａ）は従来の半導体装置の別の実施の一形態を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’断面図であり、（ｃ）は（ｂ）に示す半導体装置に反りが生じた様子を示す断面図である。
【符号の説明】
【０２０７】
１００〜１０７，２００〜２０２，３００  半導体装置
１１０，２１０，                        基板
１１０ａ，２１０ａ                      第１面
１１０ｂ，２１０ｂ                      第２面
１２０，２２０                          第１接着層（接着層）
１２１                                  異方性導電膜
１３０，１３０ａ，１３０ｂ              半導体チップ（半導体素子）
１３１，１３１ａ，１３１ｂ              半導体チップ（半導体素子）
１３２，１３２ａ，１３２ｂ              半導体チップ（半導体素子）
１３３，１３３ａ，１３３ｂ              半導体チップ（半導体素子）
１４０，２４０                          金属細線
１４２                                  上部バンプ電極（バンプ電極）
１４３，２４３                          第２金属細線（金属細線）
１５０，２５０                          電極部（配線電極）
１５１                                  圧着ボール（圧着バンプ電極）
１６０，２６０，３６０                  第２接着層（接着層）
１６１，２６１                          第３接着層（接着層）
１７０，２７０，３７０                  硬質部材
１７１                                  半導体チップ（半導体素子）
１８０，２８０                          封止樹脂（樹脂）
１８１                                  開口部
１９０，２９０                          外部接続用電極（外部接続電極）
２３０，２３０ａ，２３０ｂ              半導体チップ（半導体素子）
２５１                                  第１貫通電極（貫通電極）
２５２                                  第２貫通電極（貫通電極）
２７１                                  第２硬質部材（硬質部材）
【図１】
2008192853.tif 000003
【図２】
2008192853.tif 000004
【図３】
2008192853.tif 000005
【図４】
2008192853.tif 000006
【図５】
2008192853.tif 000007
【図６】
2008192853.tif 000008
【図７】
2008192853.tif 000009
【図８】
2008192853.tif 000010
【図９】
2008192853.tif 000011
【図１０】
2008192853.tif 000012
【図１１】
2008192853.tif 000013
【図１２】
2008192853.tif 000014
【図１３】
2008192853.tif 000015
【図１４】
2008192853.tif 000016
【図１５】
2008192853.tif 000017