(57)【要約】【課題】専用の半導体素子の開発および組立工程を必要とせず、半導体素子の高密度の三次元実装を容易に実現することを目的とする。【解決手段】マザーボード４上に搭載された半導体素子の上に、フレキシブル基板１上に搭載された半導体素子等の電子部品を積層し、フレキシブル基板１をマザーボード４上の半導体素子を包み込むように折り曲げて、マザーボード４に接続する構成とすることにより、専用の半導体素子の開発および組立工程を必要とすることなく、半導体素子の高密度の三次元実装を容易に実現することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マザーボード上に複数の電子部品が積層されてなる半導体装置であって、
前記マザーボード上に実装される封止された第１の半導体素子と、
前記第１の半導体素子上に配置されるフレキシブル基板と、
前記フレキシブル基板に実装される１または複数の電子部品と
を有し、前記フレキシブル基板が前記第１の半導体素子を包み込むように折り曲げられて前記マザーボードに接続固定されると共に、前記フレキシブル基板を介して前記フレキシブル基板に実装される電子部品と前記マザーボードとを電気的に接続することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記フレキシブル基板に実装された電子部品として任意の半導体素子を少なくとも１つ含むことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記半導体素子が、パッケージに封止されているか又はベアチップ状態であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項４】
前記フレキシブル基板と前記マザーボードとの電気的接続をコネクタにより行うことを特徴とする請求項２または請求項３のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項５】
前記フレキシブル基板が２層以上の導体を有する多層構造であることを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３または請求項４のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項６】
マザーボード上に複数の電子部品が積層されてなる半導体装置の製造方法であって、
前記電子部品を積層する際に、
フレキシブル基板上にハンダまたは導電性接着剤を用いて１または複数の電子部品を実装する工程と、
前記マザーボード上にハンダまたは導電性接着剤を用いて封止された第１の半導体素子を実装する工程と、
前記第１の半導体素子上に前記電子部品を実装した前記フレキシブル基板を搭載する工程と、
前記フレキシブル基板を前記第１の半導体素子を包み込むように折り曲げて前記マザーボードに接続固定して、前記フレキシブル基板に実装された電子部品と前記マザーボードとを前記フレキシブル基板を介して電気的に接続する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記フレキシブル基板に実装される電子部品として任意の半導体素子を少なくとも１つ含むことを特徴とする請求項６記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記フレキシブル基板と前記マザーボードとの電気的接続をコネクタにより行うことを特徴とする請求項６または請求項７のいずれかに記載の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および半導体装置の製造方法に関し、特に、半導体素子を積層して三次元実装する半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子のマザーボード上の実装密度を高めるために、半導体素子の三次元実装について、以前より数々の方式が提案されている。近年では半導体素子をベアチップ状態で積み重ね封止したＭＣＭ（Ｍｕｌｔｉ  Ｃｈｉｐ  Ｍｏｄｕｌｅ）が実用化されている。
【０００３】
更に、エリアアレイの外部端子を有するＢＧＡを重ねるＰＯＰ（Ｐａｃｋａｇｅ  Ｏｎ  Ｐａｃｋａｇｅ）も実用化されている。
半導体素子の三次元実装として、半導体素子を複数個積層することで、マザーボードへの搭載面積を縮小できる高密度実装を実現できる、半導体素子の積層構造モジュールが開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、積層された半導体素子をベアチップ状態で樹脂封止した半導体装置を、マザーボードに搭載する場合には、半導体装置基板と樹脂の熱膨張差に起因して、マザーボードに接合する半導体装置の接合部分が破壊する場合があった。これを防ぐために、積層する半導体素子を１枚の配線フィルムの両面に搭載し、両面に半導体素子を搭載した配線フィルムを、基板に搭載された半導体素子の上に搭載した状態で、基板と配線フィルムを機械的，電気的に接続することにより配線フィルムに搭載した半導体チップを基板と電気的に接続し、さらに、基板の配線フィルム接続面付近のみを樹脂封止する半導体素子の積層構造モジュールも開発されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平１１−２６０９９９号公報
【特許文献２】特開２００５−３４０５８８号公報
【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、前記に示すＭＣＭやＰＯＰの製造には半導体の組立工程を要し、その開発生産は半導体メーカに依存する。したがって、少量多品種、短納期、低開発費用を要求される機器には、ＭＣＭまたはＰＯＰでは機器の高密度実装に対応できない場合がある。
【０００６】
例えば、ＭＣＭまたはＰＯＰにメモリーを内蔵する場合、上記に示すような機器で機器の種類に応じて臨機応変にメモリー容量を変更する場合、半導体メーカにて変更する必要があるため、ＭＣＭやＰＯＰではそれに対応する短納期または低開発費用に応じられない場合がある。特に、少量多品種の場合はこの傾向が強まる。
【０００７】
前記ＰＯＰの事例では、下段の第１のＢＧＡの半導体素子搭載側に、その上段に搭載する第２のＢＧＡ搭載用電極を設ける。しかし、このようなＢＧＡは、互いの電極位置を合わせるため、あらかじめこのモジュール専用に電極位置を調整した半導体素子を開発する必要がある。従って、既存のＢＧＡを用いて、この事例を実現することは出来ない。
【０００８】
同様に、元々ＭＣＭやＰＯＰ用に開発されていない半導体素子を、機器の仕様に応じて三次元実装を実施する場合、ＭＣＭまたはＰＯＰを実現するために、その半導体素子のベアチップおよびパッケージをＭＣＭまたはＰＯＰ用途専用に開発する必要がある。
【０００９】
以上の課題をまとめると、ＭＣＭまたはＰＯＰは機器の高密度実装の実現には、必ずしも万能ではない。
また、両面に半導体素子を搭載した配線フィルムを積層する構成では、通常、ベアチップ状態の半導体素子のみを搭載する構成であるので、対を成す半導体素子の近辺に実装されることが望ましいカップリングコンデンサーなど、半導体素子では無い電子部品を積層することを考慮していない。さらに、上記ＭＣＭやＰＯＰと同様に、変更の容易性については考慮されていない。
【００１０】
また、半導体素子が搭載される基板としてセラミック基板を用いる場合には、その基板をマザーボード上にハンダで実装する際、マザーボートが樹脂製基板の場合、上記基板材料のセラミックとマザーボード材料の樹脂との熱膨張係数の差によって、ハンダ接合部分が断線する恐れがある。
【００１１】
そこで、本発明は、専用の半導体素子の開発および組立工程を必要とせず、半導体素子の高密度の三次元実装を容易に、信頼性高く実現することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目的を達成するために、本発明の請求項１記載の半導体装置は、マザーボード上に複数の電子部品が積層されてなる半導体装置であって、前記マザーボード上に実装される封止された第１の半導体素子と、前記第１の半導体素子上に配置されるフレキシブル基板と、前記フレキシブル基板に実装される１または複数の電子部品とを有し、前記フレキシブル基板が前記第１の半導体素子を包み込むように折り曲げられて前記マザーボードに接続固定されると共に、前記フレキシブル基板を介して前記フレキシブル基板に実装される電子部品と前記マザーボードとを電気的に接続することを特徴とする。
【００１３】
請求項２記載の半導体装置は、請求項１記載の半導体装置において、前記フレキシブル基板に実装される電子部品として任意の半導体素子を少なくとも１つ含むことを特徴とする。
【００１４】
請求項３記載の半導体装置は、請求項２記載の半導体装置において、前記フレキシブル基板に実装される半導体素子がパッケージに封止されているか又はベアチップ状態である
ことを特徴とする。
【００１５】
請求項４記載の半導体装置は、請求項１または請求項２または請求項３のいずれかに記載の半導体装置において、前記フレキシブル基板と前記マザーボードとの電気的接続をコネクタにより行うことを特徴とする。
【００１６】
請求項５記載の半導体装置は、請求項１または請求項２または請求項３または請求項４のいずれかに記載の半導体装置において、前記フレキシブル基板が２層以上の導体を有する多層構造であることを特徴とする。
【００１７】
請求項６記載の半導体装置の製造方法は、マザーボード上に複数の電子部品が積層されてなる半導体装置の製造方法であって、前記電子部品を積層する際に、フレキシブル基板上にハンダまたは導電性接着剤を用いて１または複数の電子部品を実装する工程と、前記マザーボード上にハンダまたは導電性接着剤を用いて樹脂封止された第１の半導体素子を実装する工程と、前記第１の半導体素子上に前記電子部品を実装した前記フレキシブル基板を搭載する工程と、前記フレキシブル基板を前記第１の半導体素子を包み込むように折り曲げて前記マザーボードに接続固定して、前記フレキシブル基板に実装された電子部品と前記マザーボードとを前記フレキシブル基板を介して電気的に接続する工程とを有することを特徴とする。
【００１８】
請求項７記載の半導体装置の製造方法は、請求項６記載の半導体装置の製造方法において、前記フレキシブル基板に実装される電子部品として任意の半導体素子を少なくとも１つ含むことを特徴とする。
【００１９】
請求項８記載の半導体装置の製造方法は、請求項６または請求項７のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、前記フレキシブル基板と前記マザーボードとの電気的接続をコネクタにより行うことを特徴とする。
【００２０】
以上により、専用の半導体素子の開発および組立工程を必要とせず、半導体素子の高密度の三次元実装を容易に実現することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の半導体装置は、マザーボード上に搭載された封止された半導体素子の上に、フレキシブル基板上に搭載された半導体素子等の電子部品を積層し、フレキシブル基板をマザーボード上の半導体素子を包み込むように折り曲げて、マザーボードに接続する構成とすることにより、専用の半導体素子の開発および組立工程を必要とすることなく、半導体素子の高密度の三次元実装を容易に実現することができる。
【００２２】
さらに、フレキシブル基板とマザーボードの接続をコネクタを用いて行うことにより、接合箇所の破壊を抑制し、半導体素子の高密度の三次元実装を容易に、信頼性高く実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の半導体装置は、マザーボード上に搭載された封止された半導体素子の上に、フレキシブル基板上に搭載された半導体素子等の電子部品を積層し、フレキシブル基板をマザーボード上の半導体素子を包み込むように折り曲げて、マザーボードに接続固定する構成を有するものである。このとき、フレキシブル基板を介して電子部品とマザーボードの電気的接続がなされる。このように、電子部品をフレキシブル基板に搭載して封止された他の半導体素子に積層することにより、フレキシブル基板を用いて、電子部品を他の半導体素子を搭載するマザーボードに機械的に固定し、さらに、電気的に接続することができるため、搭載する電子部品の形態によらないので電子部品を専用に作成する必要がなくなり、専用の電子部品の開発および組立工程を必要とすることなく、半導体素子の高密度の三次元実装を容易に実現することができる。
【００２４】
以下に、本発明の各実施形態について図面を用いて説明する。
（第１の実施形態）
まず、第１の実施形態における半導体装置について、半導体素子として封止されたＬＧＡ（Ｌａｎｄ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）を用いた場合の例を、図１を用いて説明する。
【００２５】
図１（ａ）は第１の実施形態における半導体装置の断面図を示す。さらに、図１（ｂ）は本発明の第１の実施形態における半導体装置の斜視図である。
図１に示すように、第１のＬＧＡ２はフレキシブル基板１の上に搭載される。その集合体をマザーボード４の上に搭載された第２のＬＧＡ３の上に被せ、フレキシブル基板１を第２のＬＧＡ３を包み込むように折り曲げ、フレキシブル基板１とマザーボード４を接続固定する。
【００２６】
フレキシブル基板１とマザーボード４の接続材料は、ハンダまたは導電性接着剤あるいはコネクタを用いても実現可能である。特に、フレキシブル基板１の交換作業が必要となる場合は、コネクタを用いた接続が好ましい。
【００２７】
第１のＬＧＡ２と第２のＬＧＡ３は上記フレキシブル基板１で電気的に接続される。マザーボードのコネクタの端子部にフレキシブル基板に設けられた接触端子部を挿入し、コネクタの挿抜のロック機構を用いて、フレキシブル基板がコネクタから脱落することを防ぐ構成になっている。
【００２８】
このように、電気的接続をコネクタを用いて行うことにより、接続部の破壊を抑制し、接続の信頼性を向上することができる。
高速動作を要する場合は、フレキシブル基板１を２層以上の導体を有する多層配線構造にし、マイクロストリップラインを構成することで、フレキシブル基板のインピーダンス制御が可能となり、特性インピーダンス整合が可能である。
【００２９】
第１の実施形態では、ＬＧＡの２辺からフレキシブル基板を引き出しマザーボードと接続しているが、フレキシブル基板からマザーボードに引き出す信号数が増える場合は、ＬＧＡの４辺全てからフレキシブル基板を引き出すことも可能である。
【００３０】
また、フレキシブル基板１の上に搭載する第１のＬＧＡ２に代わり、第２のＬＧＡ３に対応するデカップリングコンデンサを搭載することで、デカップリングコンデンサの第２のＬＧＡ３への効果をさらに強く出すことができる。
【００３１】
以上のように、封止された半導体素子やベアチップ状態の半導体素子等の電子部品をフレキシブル基板に搭載して封止された他の半導体素子に積層することにより、フレキシブル基板を用いて、電子部品を他の半導体素子を搭載するマザーボードに機械的に固定し、さらに、電気的に接続することができるため、搭載する電子部品の形態によらないので電子部品を専用に作成する必要がなくなり、専用の電子部品の開発および組立工程を必要とすることなく、半導体素子の高密度の三次元実装を容易に実現することができる。
【００３２】
具体例としては、封止された半導体素子の上にフレキシブル基板に搭載された封止された半導体素子を積層して形成された半導体装置において、積層する半導体素子として既存のパッケージに封止されて市場に流通する半導体素子を用いて、機器の開発製造元で、既存のハンダ付けなどの部品実装工程で、半導体素子の三次元実装が容易に実現出来る。
【００３３】
また、三次元実装を構成するフレキシブル基板上の半導体素子等の電子部品が破損した場合、該当の電子部品を容易に交換することが可能である。特に、機器出荷後の市場で破損した電子部品の交換作業は本発明では実行可能であるが、半導体の組立工程を用いたＭＣＭ等では不可能である。
【００３４】
第１の実施形態では、フレキシブル基板に搭載される電子部品としてＬＧＡを用いた事例であるが、ＬＧＡの他ＢＧＡやＱＦＰなどパッケージ形態を制限することなく実現可能であり、ベアチップ状態の半導体素子等のその他の電子部品でも可能である。その事例を下記の第２の実施形態に示す。
（第２の実施形態）
図２は第２の実施形態における半導体装置の断面図である。
【００３５】
図２に示す第２の実施形態における半導体装置では、第１の実施形態における半導体装置に対して、第１のＬＧＡに替わり、フレキシブル基板５の上に第１のＷＬＣＳＰ（Ｗａｆｅｒ  Ｌｅｖｅｌ  Ｃｈｉｐ  Ｓｉｚｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）６と第２のＷＬＣＳＰ７を搭載する点が異なる。その集合体をマザーボード９の上に搭載された封止された半導体素子であるＢＧＡ８の上に被せ、ＢＧＡ８を包み込むようにフレキシブル基板５を折り曲げ、マザーボード９と接続固定する。
【００３６】
メモリー素子をＷＬＣＳＰにした場合、ＷＬＣＳＰを取り替えることで容易に、機器のメモリー容量を変更とする仕様変更が可能になる。
例えば、フレキシブル基板にメモリー素子を搭載する構成にすることにより、この三次元実装を構成するメモリー素子の品種が変更になる場合、該当するメモリー素子を機器の開発製造元で容易に交換することが出来る。同じ種類のメモリー素子の場合、メモリー容量が異なっても、パッケージ外形及びピン配置の互換性が保たれている場合が多く、メモリー容量が異なることにより機器の品種変更が生じる場合、機器の品種変更が容易に実現する。
【００３７】
具体的事例としては、フラッシュメモリーを用いた録音再生機器がある。この製品では内蔵するフラッシュメモリーの容量を変えることで、その仕様の録音再生時間を変えることができる。
【００３８】
この実施形態では、フレキシブル基板に搭載される電子部品としてＷＬＣＳＰを用いたが、パッケージに封止された半導体素子を用いても良いし、ＷＬＣＳＰと類似した実装方法であるベアチップのフリップチップ実装を用いることで更に薄型化が実現できる。また、フレキシブル基板に搭載するものとして、半導体素子以外にも抵抗やコンデンサ等の受動部品等の電子部品を搭載することも可能である。さらに、搭載数も２個に限らず、１または複数の電子部品を搭載することが可能である。
【００３９】
第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、専用の半導体素子の開発および組立工程を必要とすることなく、半導体素子の高密度の三次元実装を容易に実現することができる。さらに、マザーボードとフレキシブル基板の接続をコネクタを用いて行うことにより、接続部の破壊を抑制し、接続の信頼性を向上することができる。
（第３の実施形態）
次に、図１，図３を用いて、本発明の半導体装置の製造方法として、第１の実施形態で説明した半導体装置の製造方法における半導体装置の積層方法を例に説明する。
【００４０】
図３は本発明の半導体装置の製造方法を例示する工程図であり、第１の実施形態の半導体装置における製造方法の工程図を示す。
まず、フレキシブル基板１にハンダペーストを印刷し、第１のＬＧＡ２をフレキシブル基板１に搭載してハンダリフローで第１のＬＧＡ２の端子と対応するフレキシブル基板１の端子とをハンダにより接続する。その後、外観検査を実施する。
【００４１】
次に、マザーボード４にハンダペーストを印刷し、第２のＬＧＡ３をマザーボード４に搭載してハンダリフローで第２のＬＧＡ３の端子と対応するマザーボード４の端子とをハンダにより接続する。その後、フレキシブル基板１を第２のＬＧＡ３を包み込むように載せ、マザーボード４に接続固定する。尚、フレキシブル基板１はその製造元で事前に第２のＬＧＡ３を包み込み易い形状に加工した状態で、この工程に入る。
【００４２】
フレキシブル基板１とマザーボード４の接続はハンダ接続を用いるが、その後フレキシブル基板１をマザーボード４から取り外す作業がある場合はコネクタ接続を用いる。その後、外観検査を経て半導体装置の積層工程を終了する。
【００４３】
ここで、半導体装置の全体または一部分を樹脂封止することもできるが、樹脂封止された電子部品を積層する場合等は樹脂封止する必要がなく、樹脂封止をしないことにより、樹脂と基板とに熱膨張差による応力が生じたとしても、接続部分のハンダの破壊を防止することができる。
【００４４】
以上の説明では、ハンダを用いて半導体素子を接続したが、導電性接着剤を用いて接続することも可能である。また、第３の実施形態では、ＬＧＡを例として説明したが、第１の実施形態や第２の実施形態の場合と同様に、マザーボードに搭載された封止された半導体素子の上に、半導体素子の他の様々な形態の電子部品を積層する場合にも同様の製造工程で製造することができる。
【００４５】
以上の各実施形態で説明したように、マザーボードに搭載された封止された半導体素子の上に、フレキシブル基板に搭載された半導体素子等の様々な形態の電子部品を積層し、マザーボードとフレキシブル基板を機械的，電気的に接続することにより、専用の電子部品の開発および組立工程を必要とすることなく、半導体素子の高密度の三次元実装を容易に実現することができる。
【００４６】
また、マザーボードとフレキシブル基板の接続を、コネクタを用いて行うことにより、マザーボードが樹脂性基板であったとしても、接続部の破壊を抑制し、接続の信頼性を向上することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、専用の半導体素子の開発および組立工程を必要とすることなく、半導体素子の高密度の三次元実装を容易に実現することができ、半導体素子を三次元実装する半導体装置および半導体装置の製造方法等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】（ａ）第１の実施形態における半導体装置の断面図（ｂ）本発明の第１の実施形態における半導体装置の斜視図
【図２】第２の実施形態における半導体装置の断面図
【図３】本発明の半導体装置の製造方法を例示する工程図
【符号の説明】
【００４９】
１    フレキシブル基板
２    第１のＬＧＡ
３    第２のＬＧＡ
４    マザーボード
５    フレキシブル基板
６    第１のＷＬＣＳＰ
７    第２のＷＬＣＳＰ
８    ＢＧＡ
９    マザーボード
【図１】
2008141077.tif 000003
【図２】
2008141077.tif 000004
【図３】
2008141077.tif 000005