(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電極が形成されている少なくとも２個の半導体素子が、ダイパッドと複数の電極パッドが形成された配線基板上に積層されている集積型電子部品において、
前記配線基板の前記ダイパッドに第１段目の半導体素子が固定されており、該第１段目の半導体素子の上に電気絶縁性樹脂層を介して第２段目の半導体素子が積層、固定されており、そして各半導体素子の各電極が所定の前記電極パッドにワイヤーボンドされ、該ワイヤーボンドされるワイヤーの第１段目の半導体素子と第２段目の半導体素子の間にある部分は前記第１の半導体素子の上面に沿うように押し潰され、しかも前記ワイヤーは前記第１段目の半導体素子及び前記第２段目の半導体素子の外周部に沿うように上から押し潰され、前記積層された全ての半導体素子と前記ワイヤーが絶縁封止樹脂で封止されていることを特徴とする集積型電子部品。
【請求項２】
前記電気絶縁性樹脂層は電気絶縁材がフィラーとして混入されている熱硬化性樹脂製の絶縁フィラー入り樹脂シートを用いて形成されていることを特徴とする請求項１に記載の集積型電子部品。
【請求項３】
前記電気絶縁材が溶融シリカ或いは破砕シリカであり、前記熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂であることを特徴とする請求項２に記載の集積型電子部品。
【請求項４】
少なくとも２個の半導体素子を、ダイパッドと複数の電極パッドが形成された配線基板上に集積するに当たり、該配線基板のダイパッド上に半導体素子をダイボンドし、その後、該半導体素子の電極を前記配線基板の所定の電極パッドにワイヤーボンドして第１段目の層を形成し、その半導体素子上を絶縁フィラー入りシートで被覆し、その上に第２の半導体素子をダイボンドして、前記第２の半導体素子によって前記第１の半導体素子の電極と接続されたワイヤーを前記第１の半導体素子の上面に沿うように押し潰し、前記第２の半導体素子の電極を前記配線基板の電極パッドにワイヤーボンドして第２段目の層を形成し、この工程を必要回数繰り返し、しかも前記ワイヤーを全半導体素子の外周部に沿うように上から押し潰して整形し、前記全ての半導体素子を絶縁封止樹脂で封止することにより形成されていることを特徴とする集積型電子部品の集積方法。
【請求項５】
前記絶縁フィラー入りシートが熱硬化性絶縁樹脂からなり、加熱により溶融されることを特徴とする請求項４に記載の集積型電子部品の集積方法。
【請求項６】
前記絶縁封止樹脂による封止工程前に、前記積層された各半導体素子のワイヤーを前記積層された全半導体素子の外周部に沿うように押し潰すワイヤー処理工程を備えていることを特徴とする請求項４に記載の集積型電子部品の集積方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置及びその積層方法に関し、特に半導体素子が多層にわたって積層された集積型電子部品及びその集積方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
先ず、図３乃至図７を参照しながら、従来技術の半導体素子を含む集積型電子部品及びその集積方法を説明する。
【０００３】
図３は従来の集積型電子部品の断面側面図、図４はＴＡＢ用フィルムキャリヤに搭載された状態の半導体素子を示していて、同図Ａはその平面図、同図Ｂは同図ＡのＢ―Ｂ線上における断面側面図、図５は図４に示した構造の半導体素子を複数個積層した状態の、図３に示した従来技術の集積型電子部品の一集積工程における断面側面図、そして図６は図５に示した集積工程に続く集積工程における集積された複数個の半導体素子の断面側面図である。
【０００４】
図３において、符号４０は全体として従来技術の集積型電子部品を指す。この集積型電子部品４０は一枚の配線基板４１と複数個の半導体素子４２、図示の例では４個の半導体素子４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ、４２Ｄとから構成されている。
【０００５】
配線基板４１の実装面には、電極パッド４１１とこれの周辺部を取り囲むように複数のダイパッド４１２と形成されている。また、各半導体素子４２は所謂ベアチップと称されているもので、その表面の周辺部に複数の電極４２１が形成されている。
【０００６】
そして、この集積型電子部品４０は、第１段目（最下段）の半導体素子４２Ａが配線基板４１のダイパッド４１２上にダイボンドされており、その第１段目の半導体素子４２Ａの上方に第２段目の半導体素子４２Ｂが所定の間隔を開けて積層され、以下、同様に第３段目、第４段目・・・の半導体素子４２Ｃ、４２Ｄが集積されており、各半導体素子４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ、４２Ｄのそれぞれの電極４２１に一端が接続されているＴＡＢリード４３Ａ、４３Ｂ、４３Ｃ、４３Ｄの他端が配線基板４１の所定の電極パッド４１１に接続されており、このように積層或いは集積（以下、総称して「集積」という用語を用いて記す）された状態の半導体素子４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ、４２Ｄ全体を絶縁封止樹脂４４で封止されたものである。
【０００７】
次に、図４乃至図６を用いて、この集積型電子部品４０の集積方法を説明する。
【０００８】
先ず、図４に示したように、転写バンプ法により、複数の半導体素子４２にＴＡＢ用フィルムキャリア４５のインナーリード４６を接続する。
【０００９】
その後、複数の半導体素子４２のそれぞれの非コモン端子（例えば、ライトエネイブル端子やリードエネイブル端子）のＴＡＢ用フィルムキャリア４５のアウターリード４７を切断する。
【００１０】
次に、図５に示したように、ＴＡＢ用フィルムキャリア４５に実装された第１段目の半導体素子４２Ａを複数本の位置決めピン４８を用いて配線基板４１のダイパッド４１２上にダイボンドし、次に、この半導体素子４２Ａの上方に同様に、順次、第２段目、第３段目、第４段目・・・の半導体素子４２Ｂ、４２Ｃ、４２Ｄ・・・を複数個、所定の間隔を開けた状態で積層（重畳）し、そして配線基板４１上のそれぞれの電極パッド４１１と各半導体素子４２のＴＡＢフィルムキャリア４５のアウターリード４７とを位置合わせして接続し、積層する。
【００１１】
その後、図６に示したように、ボンディングツール４９によりアウターリード４７と配線基板４１の電極パッド４１１とを一括して加圧、加熱し、ボンディングする。
【００１２】
そして、最後にアウターリード４７の外側のテープ部分を除去し、絶繰封止樹脂４４により全体を封止することにより、図３に示した集積型電子部品４０が完成する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記のような構成の集積型電子部品４０では、複数本の位置決めピン４８を用いて、各アウターリード４７と配線基板４１の各電極パッド４１１とを正確に位置合わせしなければならず、またアウターリード４７を電極パッド４１１にボンディングする場合にも、特殊なボンデイングツール４９を使用しなければならないといった課題がある。
【００１４】
従って、本発明はこのような課題を解決しようとするものであって、各アウターリードと配線基板の各電極パッドとの複雑な位置合わせの工程や治具を必要とせず、また、各半導体素子の電極と配線基板の各電極パッドとを接続する場合に特殊なボンディングツールを必要とせず、複数の半導体素子を薄型で積層することができる集積型電子部品及びその集積方法を得ることを目的とするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
それ故、請求項１に記載の発明の集積型電子部品では、複数の電極が形成されている少なくとも２個の半導体素子が、ダイパッドと複数の電極パッドが形成された配線基板上に積層されている集積型電子部品において、前記配線基板の前記ダイパッドに第１段目の半導体素子が固定されており、その第１段目の半導体素子の上に電気絶縁性樹脂層を介して第２段目の半導体素子が積層、固定されており、そして各半導体素子の各電極が所定の前記電極パッドにワイヤーボンドされ、該ワイヤーボンドされるワイヤーの第１段目の半導体素子と第２段目の半導体素子の間にある部分は前記第１の半導体素子の上面に沿うように押し潰され、しかも前記ワイヤーは前記第１段目の半導体素子及び前記第２段目の半導体素子の外周部に沿うように上から押し潰され、前記積層された全ての半導体素子と前記ワイヤーが絶縁封止樹脂で封止されていることを特徴とする。
【００１６】
そして、請求項２に記載の発明の集積型電子部品では、請求項１に記載の集積型電子部品における前記電気絶縁性樹脂層が、電気絶縁材がフィラーとして混入されている熱硬化性樹脂製の絶縁フィラー入り樹脂シートを用いて形成されていることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項３に記載の発明の集積型電子部品では、請求項２に記載の集積型電子部品における前記電気絶縁材が溶融シリカ或いは破砕シリカであり、前記熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂であることを特徴とする。
【００１８】
そしてまた、請求項４に記載の発明の集積型電子部品の集積方法では、少なくとも２個の半導体素子を、ダイパッドと複数の電極パッドが形成された配線基板上に集積するに当たり、その配線基板のダイパッド上に半導体素子をダイボンドし、その後、その半導体素子の電極を前記配線基板の所定の電極パッドにワイヤーボンドして第１段目の層を形成し、その半導体素子上を絶縁フィラー入りシートで被覆し、その上に第２の半導体素子をダイボンドして、前記第２の半導体素子によって前記第１の半導体素子の電極と接続されたワイヤーを前記第１の半導体素子の上面に沿うように押し潰し、前記第２の半導体素子の電極を前記配線基板の電極パッドにワイヤーボンドして第２段目の層を形成し、この工程を必要回数繰り返し、しかも前記ワイヤーを全半導体素子の外周部に沿うように上から押し潰して整形し、前記全ての半導体素子を絶縁封止樹脂で封止すことにより形成して、前記課題を解決している。
【００１９】
更にまた、請求項５に記載の発明の集積型電子部品の集積方法では、請求項４に記載の集積型電子部品の集積方法における前記絶縁フィラー入りシートが熱硬化性絶縁樹脂からなり、加熱により溶融されることを特徴とする。
【００２０】
そして更にまた、請求項６に記載の発明の集積型電子部品の集積方法では、請求項５に記載の集積型電子部品の集積方法における前記絶縁封止樹脂による封止工程前に、前記積層された各半導体素子のワイヤーを前記積層された全半導体素子の外周部に沿うように押し潰すワイヤー処理工程を備えていることを特徴とする。
【００２１】
従って、請求項１に記載の発明によれば、ＴＡＢ用フィルムキャリヤやリードフレームを必要とせず、一般的な配線基板上に複数個の半導体素子を極めて簡潔な構造で積層することができる。
【００２２】
そして、請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の作用に加えて、絶縁フィラー入り樹脂シートを用いることにより、各層をほぼ同一の狭い間隔を保持して積層でき、そのため集積型電子部品を薄型に形成でき、また、作業性が向上するので、それだけより安価な集積型電子部品が得られる。
【００２３】
また、請求項３に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明の作用に加えて、各層の半導体素子間の電気絶縁特性が向上する。
【００２４】
そしてまた、請求項４に記載の発明の集積型電子部品の集積方法によれば、ＴＡＢ用フィルムキャリヤやリードフレームを必要とせず、一般的なボンデイング技術で一般的な配線基板上に複数個の半導体素子を簡潔な構造で積層でき、しかも各層間の電気絶縁を絶縁フィラー入り樹脂シートを用いて行えるので、集積の作業性が向上し、厚みを薄くすることができる。
【００２５】
更にまた、請求項５に記載の発明の集積型電子部品の集積方法によれば、請求項４に記載の集積型電子部品の集積方法の作用効果に加えて、比較的低温の加熱を加えるだけで電気絶縁でき、より一層操業効率が向上する。
【００２６】
そして更にまた、請求項６に記載の発明によれば、請求項５に記載の集積型電子部品の集積方法の作用効果に加えて、集積型電子部品をより一層コンパクトに形成することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図を用いて、本発明の集積型電子部品及びその積層方法を説明する。
【００２８】
図１は本発明の一実施形態の３次元集積型電子部品の斜視図、図２は図１に示した集積型電子部品のＢ―Ｂ線上における断面側面図を示していて、同図Ａはその全体図、同図Ｂは同図Ａの丸印で示した部分の拡大図である。
【００２９】
図１において、符号１０は全体として、本発明の一実施形態の集積型電子部品を指す。この集積型電子部品１０は、主として配線基板１１と、少なくとも２個以上の半導体素子１２（図示の例では４個）と、絶縁フィラー入りの絶縁樹脂層１４から構成されている。
【００３０】
それぞれの半導体素子１２はアクティブ面に複数の電極１２１が形成されていて、それらは必ずしも同一種類のものでなくてもよく、また、大きさも必ずしも同一のものでなくてもよい。
【００３１】
配線基板１１の半導体素子１２の搭載面には、予め、ダイパッド１１１とこのダイパッド１１１の周辺部に複数の電極パッド１１２などが既存の技術で形成されている。
【００３２】
配線基板１１のダイパッド１１１には第１段目（最下段）の半導体素子１２Ａが固定されている。この固定された第１段目の半導体素子１２Ａの同一の、或いは異なる種類の半導体素子を第２段目の半導体素子１２Ｂとして、第１段目の半導体素子１２Ａの上に絶縁樹脂層１４を介して載置、固定されており、そして第３段目、第４段目・・の半導体素子１２Ｃ、１２Ｄも同様に絶縁樹脂層１４を介して載置、固定された構造で構成されている。
【００３３】
それぞれ固定された半導体素子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄには、その都度、それぞれの電極１２１と配線基板１１上の所定の電極パッド１１２とを金線１３を用いてワイヤボンドされている。
【００３４】
このように集積された複数個の半導体素子１２は全体が絶縁封止樹脂１５を用いて封止されている。
【００３５】
次に、図１及び図２を用いて、前記のような構造で溝成された本発明の集積型電子部品１０の集積方法を説明する。
【００３６】
先ず、ダイパッド１１１にダイボンド剤を塗布し、第１段目（最下段）の半導体素子１２Ａをダイボンドする。
【００３７】
次に、各半導体素子１２のそれぞれの、例えば、ライトエネイブル電極やリードエネイブル電極の電極１２１を金線１３を用いて配線基板１１上の所定の電極パッド１１２に、そしてアドレス電極、データ電極、電源電極、グランド電極などは配線基板１１のコモン電極である電極パッド１１２にワイヤーボンディングする。
【００３８】
次に、その第１段目の半導体素子１２Ａの上に絶縁シート、例えば、熱硬化性絶縁樹脂からなる絶縁シートを加熱して載せ、圧着し、絶縁樹脂層１４を形成し、その表面上にまたダイボンド剤を塗布し、第２段目の半導体素子１２Ｂをダイボンドする。前記絶縁シートを加熱して圧着し、そして第２段目の半導体素子１２Ｂをダイボンドする時に、電極１２１にワイヤーボンデイングされた金線１３は半導体素子１２Ａに沿って上から押し潰される。
【００３９】
以後、第２段目の半導体素子１２Ｂの積層と同一の工程を繰り返して第３段目以降の半導体素子１２Ｃ、１２Ｄ・・・の積層を繰り返し行う。
【００４０】
最後に、絶縁封止樹脂１５を用いて、ポッティングまたはトランスファーモールドにて全体の封止を行なう。
【００４１】
以上の工程を経て、図１に示した集積型電子部品１０が完成する。
【００４２】
積層するに当たって、それぞれの半導体素子１２の裏面（非アクティブ面）を研削して厚みを薄くすることで、集積型電子部品１０の全体の厚みを薄くすることができる。
【００４３】
絶縁樹脂層１４に用いる材料としては、電気絶縁材として溶融シリカ、或いは破砕シリカを用い、熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂を用い、溶融シリカ、或いは破砕シリカをフィラー１４Ａとしてエポキシ樹脂に一様に混入させて形成した絶縁フィラー入りシートを用いるとよい。そして、積層した各半導体素子１２をこの絶縁フィラー入りシートで覆い、１５０°Ｃ〜１８０°Ｃの範囲で加熱、溶融した後、硬化させる。このよな処理を行うことで、前記の絶縁樹脂層１４を形成することができる。
【００４４】
従って、本発明によれば、従来技術の集積型電子部品のように、アウターリード４７と配線基板４１の電極パッド４１１とを正確に位置合わせする必要がなく、また、アウターリード４７のボンデイングにも特殊なボンデイングツール４９を使用する必要がない。
【００４５】
前記の実施形態の集積型電子部品では、集積する電子部品として半導体素子のみを採り上げて説明したが、抵抗素子や容量素子を組み込んだ構造で構成してもよいことを付言しておく。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の集積型電子部品は、高コストの配線基板を必要とせず、絶縁樹脂層を半導体素子と半導体素子との間に介在させることにより、簡単に、かつ安価に半導体素子間の電気的絶縁ができ、しかも、従来のワイヤーボンデイング技術を使って厚みの薄い集積型電子部品を得ることができるなど、数々の優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態の３次元集積型電子部品の斜視図である。
【図２】  図１に示した集積型電子部品のＢ―Ｂ線上における断面側面図を示していて、同図Ａはその全体図、同図Ｂは同図Ａの丸印で示した部分の拡大図である。
【図３】  従来の３次元集積型電子部品の構造を示す断面側面図である。
【図４】  ＴＡＢ用フィルムキャリヤに搭載された状態の半導体素子を示していて、同図Ａはその平面図、同図Ｂは同図ＡのＢ―Ｂ線上における断面側面図である。
【図５】  図４に示した構造の半導体素子を複数個積層した状態の、図３に示した従来技術の集積型電子部品の積層工程の一過程における断面側面図である。
【図６】  図５に示した積層工程に続く積層工程を説明するための次の過程における集積型電子部品の断面側面図である。
【符号の説明】
１０…本発明のー実施形態の集積型電子部品、１１…配線基板、１１１…配線基板１１上のダイパッド、１１２…配線基板１１上の電極パッド、１２Ａ…第１段目（最下段）の半導体素子、１２Ｂ…第２段目の半導体素子、１２Ｃ…第３段目の半導体素子、１２Ｄ…第４段目の半導体素子、１２１…各半導体素子１２の電極、１３…金線、１４…絶縁樹脂層、１５…絶縁封止樹脂
【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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