(57)【要約】【課題】パッケージの厚さを大きくすることなく、複数の半導体チップを同一パッケージ内に搭載することが可能な構造を有する半導体装置を提供する。【解決手段】半導体装置は、ダイパット１と、半導体チップ４と、ダイパット２と、半導体チップ５とが、封止樹脂１４によって封止されている。半導体チップ４の下面は、ダイパッド１に接続されており、半導体チップ５の下面における第１の部分が、ダイパッド２に接続されており、且つ、半導体チップ５の下面におけるダイパッド２に接続されていない第２の部分が、封止樹脂の材料とは異なる材料よりなる断熱材１２を介して、半導体チップ４の上面と接続されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のダイパットと、
前記第１のダイパットに搭載された第１の半導体チップと、
第２のダイパットと、
前記第２のダイパットに搭載された第２の半導体チップとが、
第１の樹脂材料からなる封止樹脂によって封止された半導体装置であって、
前記第１の半導体チップの下面は、前記第１のダイパッドに接続されており、
前記第２の半導体チップの下面における第１の部分が、前記第２のダイパッドに接続されており、且つ、前記第２の半導体チップの下面における前記第２のダイパッドに接続されていない第２の部分が、前記第１の樹脂材料とは異なる第２の樹脂材料を介して、前記第１の半導体チップの上面と接続されている、ことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記第１のダイパッド及び前記第２のダイパットは、互いに電気的に独立しており、
前記第１のダイパッド及び前記第２のダイパッドにおける上下方向の位置は、互いに異なっている、ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第１のダイパッド及び前記第２のダイパットのいずれか一方は、グランドである、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第２の樹脂材料の熱伝導率は、前記第１の樹脂材料の熱伝導率よりも低い、ことを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第１のダイパッドの下面が、前記封止樹脂から露出している、ことを特徴とする請求項１〜４のうちのいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第１の半導体チップは、回路動作時に発熱量が相対的に高い高発熱回路領域と発熱量が相対的に低い低発熱回路領域とを有しており、
前記第１の半導体チップにおける前記第２の樹脂材料と接触する領域と、前記高発熱領域との間には、隙間が存在している、ことを特徴とする請求項１〜５のうちのいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記隙間の距離は、前記第１の半導体チップの厚さ以上の距離である、ことを特徴とする請求項６に記載の半導体装置。
【請求項８】
複数の半導体チップを収納した半導体装置の製造方法であって、
互いに電気的に独立している第１のダイパッド及び第２のダイパッドを設ける工程（ａ）と、
前記第１のダイパッドの上面に、第１の半導体チップを搭載する工程（ｂ）と、
前記第２のダイパッドの上面に、第２の半導体チップの下面の一部を接続すると共に、前記第１の半導体チップの上面に、前記第２の半導体チップの下面における前記第２のダイパッドからはみ出している部分の一部を断熱材を介して接続するように、前記第２の半導体チップを搭載する工程（ｃ）とを備える、ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記工程（ｃ）は、
前記第１の半導体チップの上面における一部に前記断熱材を形成した後に、前記第２の半導体チップを搭載する工程である、ことを特徴とする請求項８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】
本発明の開示する技術は、複数の半導体チップを同一パッケージ内に搭載してなる半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の電子機器の多機能化及び小型化に伴い、半導体装置においても多機能化及び薄型化が進むと共に、同一パッケージの内部に複数個の半導体チップを有する半導体装置の開発が必要となってきている。このような目的を達成するための半導体装置として、同一のダイパッド上に複数個の半導体チップを搭載した構造、又は同一パッケージ内に複数個のダイパッドを有し、このダイパッドにさらに複数個の半導体チップを搭載した構造の半導体装置が従来から知られている。
【０００３】
以下に、従来の半導体装置の構造、具体的には、同一パッケージ内に複数個のダイパッドを有するＱＦＰパッケージ（Quad Flat Package）について、図１０（ａ）及び（ｂ）並びに図１１（ａ）〜（ｅ）を参照しながら説明する。
【０００４】
図１０（ａ）及び（ｂ）は、従来の半導体装置としてのＱＦＰパッケージの断面構成図を示している。
【０００５】
図１０（ａ）及び（ｂ）に示す従来のＱＦＰパッケージでは、同一パッケージ内部にダイバッド１０１とダイパッド１０２とが形成されている。また、ダイパッド１０１及び１０２は、ＰＳＤ（Point Support Die pad）構造を有している。ダイパッド１０１上には、導電性樹脂１０３を介して半導体チップ１０４が電気的に接続されている。ダイパッド１０２上には、導電性樹脂１０３を介して半導体チップ１０５が電気的に接続されている。半導体チップ１０４及び１０５上の電極１０６と、パッケージを構成するリードフレーム１０７のインナーリード１０８とは、金ワイヤ１０９を介して電気的に接続されている。また、半導体チップ１０４と半導体チップ１０５とは、金ワイヤ１０９によって電気的に接続され、情報の交換が可能な構成となっている。以上の構造が封止樹脂によって封止されており、半導体装置の外形を構成している。
【０００６】
以上で説明した構造を有する従来のＱＦＰパッケージにおいて、図１０（ａ）及び（ｂ）に示すように、ダイパッド１０１とダイパッド１０２との位置関係は、同一高さに位置するのではなく、段差が設けられた位置関係であることが分かる。このように、段差が存在するように複数のダイパッドを配置するため、搭載する半導体チップのサイズがダイパッドよりも大きくなるＰＳＤ構造では、図１０（ｂ）に示すように、上下のダイパッドからそれぞれはみ出た半導体チップの一部分が３次元的な重なりを有する構造になっている。これにより、パッケージ内の全半導体チップが占有する面積が小さくなり、パッケージサイズの縮小を可能にしている。
【０００７】
次に、従来の半導体装置（ＱＦＰパッケージ）の製造方法について説明する。
【０００８】
図１１（ａ）〜（ｅ）は、従来の半導体装置の製造方法としてのＱＦＰパッケージの製造方法の概略断面図を示している。
【０００９】
まず、図１１（ａ）に示すように、ダイパッド１０１及びダイパッド１０２に導電性樹脂１０３を塗布する。
【００１０】
次に、図１１（ｂ）に示すように、ダイパッド１０１及び１０２の上に半導体チップ１０５及び１０６を導電性樹脂１０３を介して搭載する。ここで、半導体チップ１０５及び１０６同士が重なる領域が存在する場合には、半導体チップ同士の接触による半導体チップへのダメージが生じる。このため、半導体チップ同士が接触しないように、三次元的に重なる領域において半導体チップ１０５及び１０６同士の間隔をあけるように注意が必要となる。また、半導体チップ１０５及び１０６の搭載後は、図示しないキュア炉内で導電性樹脂１０３を硬化させる。
【００１１】
次に、図１１（ｃ）に示すように、ワイヤボンド工程を行うことにより、リードフレーム１０７と半導体チップ１０４及び１０５とを接続する金ワイヤ１０９、半導体チップ１０４と１０５とを接続する金ワイヤ１０９を設ける。半導体チップ１０４及び１０５間のワイヤボンドにおいては、半導体チップ１０４及び１０５の保持が重要であり、ワイヤボンド時に半導体チップ１０４と１０５との接触が起こらないようにすることが必要となる。
【００１２】
次に、図１１（ｄ）に示すように、公知の方法により、封止金型と封止樹脂１１４を用いて封止工程を行う。
【００１３】
次に、図１１（ｅ）に示すように、リードフレーム１０７の加工工程を行う。リードフレーム１０７よりパッケージ単位に個別化して、リードフレーム１０７の外部接続リード１１１を変形させて半導体装置が完成する。
【００１４】
以上のように、半導体チップを樹脂パッケージの中に搭載することにより、半導体チップを外部の環境から保護して、電気的な接続を構成することにより半導体チップを機能させることが可能となる（以上、特許文献１参照）。
【００１５】
また、個別のダイパッドを有した放熱性に優れた半導体装置についても、特許文献２に開示されている。当該文献２に開示された半導体装置では、複数個のダイパッドに対して共通の放熱用金属板を有し、且つ、放熱用金属板が封止樹脂から露出した構造が提案されている。ただし、放熱用金属板を共有することによって、ダイパッドが同一平面上に配置されるため、ダイパッドのサイズを超えるチップを接続することができない等の問題を有している。
【特許文献１】特開２００５−３４７４２８号公報
【特許文献２】特開２００８−２８００６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
上記のような半導体装置の構造では、半導体チップが三次元的に重なり合う積層構造であることに伴って、パッケージの厚さが厚くなるため、実装高さが高くなる。さらに、２個以上の半導体チップを搭載する構造では、半導体チップから発せられる熱の影響に鑑み、温度上昇が大きい半導体チップと温度上昇が小さい半導体チップとが同一パッケージ内に搭載される場合には、半導体チップの動作時に発せられる熱を外部へ効率良く放散することが必要となる。このため、半導体チップの積層高さを低くすると共に、半導体チップからの発熱影響を小さくする構造が採用された半導体装置を実現する必要がある。
【００１７】
しかしながら、上記従来の半導体装置におけるダイパッドの配置又は半導体チップの積層構造では、特に半導体チップ同士の上下方向に間隔が存在している。このため、パッケージの厚さが大きくなり、高密度実装に適さない外形形状である。さらに、発熱量の高い半導体チップと発熱量の低い半導体チップとを同時に搭載可能な放熱構造になっていないため、熱による半導体装置の動作異常を発生させる可能性がある。
【００１８】
前記に鑑み、本発明の目的は、パッケージの厚さを大きくすることなく、複数の半導体チップを同一パッケージ内に搭載することが可能な構造を有する半導体装置、及びその製造方法を提供することである。
【００１９】
また、好ましくは、パッケージの厚さを大きくすることなく、電気的及び熱的に独立した複数個のダイパッドに、消費電力又は発熱密度に差がある複数の半導体チップを同一パッケージ内に搭載することが可能な構造を有する半導体装置、及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
前記の目的に鑑み、本発明の例示的一形態の半導体装置は、第１のダイパットと、第１のダイパットに搭載された第１の半導体チップと、第２のダイパットと、第２のダイパットに搭載された第２の半導体チップとが、第１の樹脂材料からなる封止樹脂によって封止された半導体装置であって、第１の半導体チップの下面は、第１のダイパッドに接続されており、第２の半導体チップの下面における第１の部分が、第２のダイパッドに接続されており、且つ、第２の半導体チップの下面における第２のダイパッドに接続されていない第２の部分が、第１の樹脂材料とは異なる第２の樹脂材料を介して、第１の半導体チップの上面と接続されている。
【００２１】
ここで、第２の樹脂材料は、第１の半導体チップの発熱する熱量が第２の半導体チップへ、又は、半導体チップ４の発熱する熱量が半導体チップ５へ熱伝導しない材料、つまり、断熱効果を有する樹脂材料を意味する。例として挙げれば、フェノール樹脂、ポリエチレン樹脂、又はポリプロピレン樹脂等を主成分とする合成樹脂からなる場合であってもよい。また、以上の意味を有する第２の樹脂材料は、本願の特許請求の範囲及び明細書中における断熱材と等価である。
【００２２】
本発明の例示的一形態の半導体装置において、第１のダイパッド及び第２のダイパットは、互いに電気的に独立しており、第１のダイパッド及び第２のダイパッドにおける上下方向の位置は、互いに異なっていることが好ましい。
【００２３】
本発明の例示的一形態の半導体装置において、第１のダイパッド及び第２のダイパットのいずれか一方は、グランドであることが好ましい。
【００２４】
本発明の例示的一形態の半導体装置において、第２の樹脂材料の熱伝導率は、第１の樹脂材料の熱伝導率よりも低いことが好ましい。
【００２５】
本発明の例示的一形態の半導体装置において、第１のダイパッドの下面が、封止樹脂から露出していることが好ましい。
【００２６】
本発明の例示的一形態の半導体装置において、第１の半導体チップは、回路動作時に発熱量が相対的に高い高発熱回路領域と発熱量が相対的に低い低発熱回路領域とを有しており、第１の半導体チップにおける第２の樹脂材料と接触する領域と、高発熱領域との間には、隙間が存在していることが好ましい。
【００２７】
本発明の例示的一形態の半導体装置において、隙間の距離は、第１の半導体チップの厚さ以上の距離であることが好ましい。
【００２８】
本発明の例示的一形態の半導体装置の製造方法は、複数の半導体チップを収納した半導体装置の製造方法であって、互いに電気的に独立している第１のダイパッド及び第２のダイパッドを設ける工程（ａ）と、第１のダイパッドの上面に、第１の半導体チップを搭載する工程（ｂ）と、第２のダイパッドの上面に、第２の半導体チップの下面の一部を接続すると共に、第１の半導体チップの上面に、第２の半導体チップの下面における第２のダイパッドからはみ出している部分の一部を断熱材を介して接続するように、第２の半導体チップを搭載する工程（ｃ）とを備える。
【００２９】
本発明の例示的一形態の半導体装置の製造方法において、工程（ｃ）は、第１の半導体チップの上面における一部に断熱材を形成した後に、第２の半導体チップを搭載する工程であることが好ましい。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の例示的一形態の半導体装置及びその製造方法によると、複数の半導体チップを同一パッケージ内に高密度に搭載することが可能である。さらに、電気的又は熱的に独立したダイパッドを有しているために、搭載する半導体チップ同士で消費電力又は発熱量に差がある場合であっても、半導体チップ同士の互いへの影響を小さくすることが可能になる。このため、安定した品質を有する半導体装置を安価に提供することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下では、図面及び詳細な説明をもって本発明の技術的思想を明確に説明するものであり、当該技術分野におけるいずれの当業者であれば、本発明の好ましい実施例を理解した後に、本発明が開示する技術により、変更及び付加を加えることが可能であり、これは本発明の技術的思想及び範囲を逸脱するものではない。また、本発明の趣旨を逸脱しない限り、下記の複数の実施形態を組み合わせることも可能である。
【００３２】
（第１の実施形態）
以下、第１の例示的半導体装置について説明する。
【００３３】
図１（ａ）〜（ｃ）は、第１の例示的半導体装置の構成を示す図であって、（ａ）は該半導体装置の内部構成の概略を示す断面図、（ｂ）は該半導体装置のリードフレームの概略平面図、（ｃ）は該半導体装置の内部構成の概略を示す上面側から見た平面図である。
【００３４】
図１（ａ）に示すように、本半導体装置は、ダイパッド１とダイパッド２とを有しており、ダイパッド１とダイパッド２とは、半導体チップ搭載面に対して垂直方向に段差を有するように配置されている。つまり、ダイパッド１とダイパッド２とは、上下方向の高さ位置が互いに異なるように配置されている。また、半導体装置のパッケージ内で下側に位置するダイパッド１には、導電性樹脂３を介して半導体チップ４が搭載されている。つまり、半導体チップ４の下面は、ダイパッド１に電気的に接続されている。また、ダイパッド１に対して上側に位置するダイパッド２には、導電性樹脂３を介して半導体チップ５が搭載されている。半導体チップ４の回路形成面と半導体チップ５の裏面とが、断熱材１２を介して接続されている。つまり、半導体チップ５の下面の一部は、ダイパッド２に電気的に接続されており、半導体チップ５の下面におけるダイパッド２に接続されていない部分は、断熱材１２を介して、半導体チップ４の上面と接続されている。
【００３５】
また、半導体チップ４上の電極６と半導体チップ５上の電極６とは、金ワイヤ９によって電気的に接続されている。金ワイヤ９は、半導体チップ４の電極６、半導体チップ５の電極６、及びインナーリード８を電気的に接続している。以上の構造が封止樹脂１４によって取り囲まれるように封止されてパッケージが形成され、その外部に外部接続リード１１が伸びている。
【００３６】
ここで、断熱材１２とは、上述の通り、半導体チップ４の発熱する熱量が断熱材１２を介して接続された半導体チップ５へ、又は、半導体チップ５の発熱する熱量が断熱材１２を介して接続された半導体チップ４へ熱伝導しない材料、つまり、断熱効果を有する樹脂材料を意味する。さらに、断熱材１２は、後述する封止樹脂１４を構成する樹脂材料とは異なる材料であって、該封止樹脂１４の熱伝導率よりも低い材料であることが好ましい。一般的に使用する封止樹脂１４の主成分のエポキシ樹脂の熱伝導率は０．２Ｗ／ｍ・Ｋであるため、断熱材１２はエポキシ樹脂よりも熱伝導率が低い材料を使用することが望ましい。また、例として挙げれば、断熱材１２は、フェノール樹脂、ポリエチレン樹脂、又はポリプロピレン樹脂等を主成分とする合成樹脂からなる場合であればよい。
【００３７】
また、図１（ｂ）に示すように、本半導体装置では、半導体チップ４と半導体チップ５とが積層された状態で接触している。また、上述したように、半導体チップ４の電極６と半導体チップ５の電極６とは、金ワイヤ９により電気的に接続されており、インナーリード８は、金ワイヤ９を介して、半導体チップ４の電極６と半導体チップ５の電極６のそれぞれに電気的に接続されている。特にダイパッド１及び２をＧＮＤ（グランド）にしている場合には、ダイパッド１及び２に接続された半導体チップ４及び５のＧＮＤ端子と、吊りリード１０を介してダイパッド４及び５に電気的に繋がっているインナーリード８とが、金ワイヤ９により電気的に接続されている。
【００３８】
次に、図１（ｃ）に示すように、本半導体装置では、リードフレーム７において、ダイパッド１とダイパッド２とは吊りリード１０を共有していない。このため、ダイパッド１とダイパッド２とは、電気的及び熱的に互いに独立している。また、ダイパッド１及び２をそれぞれ支えている吊りリード１０の一部はインナーリード８と繋がっている。これにより、ダイパッド１及び２をＧＮＤにしたい場合は、吊りリード１０と繋がったインナーリード８がＧＮＤになる。
【００３９】
以上のように、本半導体装置の構造によると、パッケージの厚さを大きくすることなく、電気的及び熱的に独立した複数個のダイパッドに、消費電力又は発熱密度に差がある複数の半導体チップを同一パッケージ内に搭載することが可能である。さらに、発熱量の高い半導体チップと発熱量の低い半導体チップとを同時に搭載可能な放熱構造が実現される。
【００４０】
−第１の実施形態の変形例−
図２は、第１の例示的半導体装置の変形例の構造を示している。
【００４１】
図２に示すように、本半導体装置では、ダイパッド１が半導体装置のパッケージから露出している。すなわち、段差を有しているリードフレーム７の最下段に位置する部分で、ダイパッド１が露出するような構造になっている。なお、その他の構成部分は、上記図１に示した対応する構成部分と同様であって、その説明は繰り返さない。
【００４２】
ここで、図２に示す構造は、特に半導体チップの発熱密度が高くパッケージ単体での放熱状態では半導体チップが動作しない場合に、ダイパッドの露出面と半導体装置の実装基板とをはんだ付けして、強制的に放熱させる場合に必要な構造となる。すなわち、半導体チップの集積度、チップサイズ、消費電力、又は使用周囲環境温度等によって発熱量は変動するが、消費電力が１．５Ｗを超える半導体チップにおいては、半導体装置の放熱性を高くする必要が出てくる。このため、ダイパッドを露出させた構造の半導体装置は有用となる。特に、メモリと消費電力が１．５Ｗを超える半導体素子とを同一パッケージに搭載する場合には、図２に示す構造の半導体装置が有用である。
【００４３】
（第２の実施形態）
以下、第２の例示的半導体装置について説明する。なお、下記は、ダイパッドを３個有する場合の半導体装置の構造を説明する実施例である。
【００４４】
図３（ａ）〜（ｃ）は、第２の例示的半導体装置の構成を示す図であって、（ａ）は該半導体装置の内部構成の概略を示す断面図、（ｂ）は該半導体装置のリードフレームの概略平面図、（ｃ）は該半導体装置の内部構成の概略を示す上面側から見た平面図である。
【００４５】
図３（ａ）に示すように、本半導体装置は、ダイパッド１とダイパッド２とダイパッド１５とを有しており、ダイパッド１とダイパッド２とダイパッド１５とは、半導体チップ搭載面に対して垂直方向に段差を有するように配置されている。つまり、ダイパッド１とダイパッド２とダイパッド１５とは、上下方向の高さ位置が異なるように配置されている。また、半導体装置のパッケージ内で一番下側に位置するダイパッド１には、導電性樹脂３を介して半導体チップ４が搭載されている。ダイパッド１の上側に位置するダイパッド２には、導電性樹脂３を介して半導体チップ５が搭載されている。ダイパッド２の上側に位置するダイパッド１５には、導電性樹脂３を介して半導体チップ１６が搭載されている。さらに、半導体チップ４の回路形成面と半導体チップ５の裏面とが、断熱材１２を介して接続されており、半導体チップ５の回路形成面と半導体チップ１６の裏面とが、断熱材１２を介して接続されている。つまり、半導体チップ５の下面の一部は、ダイパッド２に電気的に接続されており、半導体チップ５の下面におけるダイパッド２に接続されていない部分は、半導体チップ４に電気的に接続されている。同様に、半導体チップ１６の下面の一部は、ダイパッド１５に電気的に接続されており、半導体チップ１６の下面におけるダイパッド１５に接続されていない部分は、半導体チップ５に電気的に接続されている。
【００４６】
また、半導体チップ４上の電極６と半導体チップ５上の電極６とは、金ワイヤ９によって電気的に接続されており、半導体チップ５上の電極６と半導体チップ１６上の電極６とは、金ワイヤ９によって電気的に接続されている。金ワイヤ９は、半導体チップ４の電極６、半導体チップ５の電極６、半導体チップ１６の電極及びインナーリード８を電気的に接続している。以上の構造が封止樹脂１４によって取り囲まれるように封止されてパッケージが形成され、その外部に外部接続リード１１が伸びている。
【００４７】
ここで、断熱材１２とは、上述の通り、半導体チップ４の発熱する熱量が断熱材１２を介して接続された半導体チップ５へ、半導体チップ５の発熱する熱量が断熱材１２を介して接続された半導体チップ４若しくは半導体チップ１６へ、又は、半導体チップ１６の発熱する熱量が断熱材１２を介して接続された半導体チップ５へ熱伝導しない材料、つまり、断熱効果を有する樹脂材料を意味する。さらに、断熱材１２は、後述する封止樹脂１４を構成する樹脂材料とは異なる材料であって、該封止樹脂１４の熱伝導率よりも低い材料であることが好ましい。一般的に使用する封止樹脂１４の主成分のエポキシ樹脂の熱伝導率は０．２Ｗ／ｍ・Ｋであるため、断熱材１２はエポキシ樹脂よりも熱伝導率が低い材料を使用することが望ましい。また、例として挙げれば、断熱材１２は、フェノール樹脂、ポリエチレン樹脂、又はポリプロピレン樹脂等を主成分とする合成樹脂からなる場合であればよい。
【００４８】
また、上記では、同一パッケージ内に搭載する半導体チップ数が３個である場合について説明したが、それを越える数の場合であっても、上記の階段状の構造の段数を増やすことで同様に実施可能である。
【００４９】
また、図３（ｂ）に示すように、本半導体装置では、半導体チップ４と半導体チップ５と半導体チップ１６とが積層された状態で接触している。また、上述したように、半導体チップ４の電極６と半導体チップ５の電極６、半導体チップ５上の電極と半導体チップ１６上の電極６とは、金ワイヤ９により電気的に接続されている。インナーリード８は、金ワイヤ９を介して、半導体チップ４の電極６と半導体チップ５の電極６と半導体チップ１６の電極のそれぞれとに電気的に接続されている。
【００５０】
次に、図３（ｃ）に示すように、本半導体装置では、リードフレーム７において、ダイパッド１とダイパッド２とダイパッド１５とは吊りリード１０を共有していない。このため、ダイパッド１とダイパッド２とダイパッド１５は、電気的及び熱的に独立している。また、ダイパッド１、２及び１５のそれぞれを支えている吊りリード１０の一部はインナーリード８と繋がっている。これにより、ダイパッドをＧＮＤ（グランド）にしたい場合は、吊りリード１０と繋がったインナーリード８がＧＮＤになる。
【００５１】
以上のように、本半導体装置の構造によると、パッケージの厚さを大きくすることなく、電気的及び熱的に独立した複数個のダイパッドに、消費電力又は発熱密度に差がある複数の半導体チップを同一パッケージ内に搭載することが可能である。さらに、発熱量の高い半導体チップと発熱量の低い半導体チップとを同時に搭載可能な放熱構造が実現される。
【００５２】
−第２の実施形態の変形例−
図４は、第２の例示的半導体装置の変形例の構造を示している。
【００５３】
図４に示すように、本変形例に係る半導体装置では、ダイパッド１が半導体装置のパッケージから露出している。すなわち、段差を有しているリードフレーム７の最下段に位置する部分で、ダイパッド１が露出するような構造になっている。なお、その他の構成部分は、上記図４に示した対応する構成部分と同様であって、その説明は繰り返さない。また、本変形例の構造によって得られる利点は、上記図２の構造を用いて説明したものと同様である。
【００５４】
（第３の実施形態）
以下、第３の例示的半導体装置について説明する。なお、下記は、ダイパッドを３個有し、そのうち２個のダイパッドの高さ位置が同じである場合の半導体装置の構造を説明する実施例である。
【００５５】
図５（ａ）〜（ｃ）は、第３の例示的半導体装置の構成を示す図であって、（ａ）は該半導体装置の内部構成の概略を示す断面図、（ｂ）は該半導体装置のリードフレームの概略平面図、（ｃ）は該半導体装置の内部構成の概略を示す上面側から見た平面図である。
【００５６】
図５（ａ）に示すように、本半導体装置は、ダイパッド１とダイパッド２とダイパッド１５とを有しており、ダイパッド１とダイパッド１５とは、その高さが同じ位置になるように設けられている。半導体装置のパッケージ内で下側に位置するダイパッド１及びダイパッド１５には、導電性樹脂３を介して半導体チップ４及び１６がそれぞれ搭載されている。また、ダイパッド１及び１５の上側に位置するダイパッド２には、導電性樹脂３を介して半導体チップ５が搭載されている。ダイパッド２の上側に位置するダイパッド１５には、導電性樹脂３を介して半導体チップ１６が搭載されている。半導体チップ４及び１６の回路形成面と半導体チップ５の裏面とが、断熱材１２を介して接続されている。つまり、つまり、半導体チップ５の下面における中央の一部は、ダイパッド２に電気的に接続されており、半導体チップ５の下面におけるダイパッド２に接続されていない周辺の部分は、半導体チップ４及び１６に電気的に接続されている。
【００５７】
また、半導体チップ４上の電極６と半導体チップ５上の電極６とは、金ワイヤ９によって電気的に接続されており、半導体チップ５上の電極６と半導体チップ１６上の電極６とは、金ワイヤ９によって電気的に接続されている。金ワイヤ９は、半導体チップ４の電極６、半導体チップ５の電極６、半導体チップ１６の電極６及びインナーリード８と電気的に接続している。以上の構造が封止樹脂１４によって取り囲まれるように封止されてパッケージが形成され、その外部に外部接続リード１１が伸びている。ここで、断熱材１２の材料としては、第２の実施形態で説明した通りである。また、同一パッケージ内に搭載する半導体チップ数として、ここでは３個である場合について説明したが、それを越える場合であっても、上記のように高さが同じダイパッドを設けた構造を適用することも同様に実施可能である。
【００５８】
また、図５（ｂ）に示すように、本半導体装置では、半導体チップ４と半導体チップ５と半導体チップ１６とが積層された状態で接触している。また、上述したように、半導体チップ４の電極６と半導体チップ５の電極６、半導体チップ５上の電極と半導体チップ１６上の電極６とは、金ワイヤ９により電気的に接続されており、インナーリード８は、金ワイヤ９を介して、半導体チップ４の電極６と半導体チップ５の電極６と半導体チップ１６の電極６のそれぞれと電気的に接続されている。
【００５９】
また、図５（ｃ）に示すように、本半導体装置では、リードフレーム７において、ダイパッド１とダイパッド２とダイパッド１５とは吊りリード１０を共有していない。このため、ダイパッド１とダイパッド２とダイパッド１５とは、電気的及び熱的に独立している。また、ダイパッド１、２及び１５のそれぞれを支えている吊りリード１０の一部はインナーリード８と繋がっている。これにより、ダイパッドをＧＮＤ（グランド）にしたい場合は、吊りリード１０と繋がったインナーリード８がＧＮＤになる。
【００６０】
以上のように、本半導体装置の構造によると、パッケージの厚さを大きくすることなく、電気的及び熱的に独立した複数個のダイパッドに、消費電力又は発熱密度に差がある複数の半導体チップを同一パッケージ内に搭載することが可能である。さらに、発熱量の高い半導体チップと発熱量の低い半導体チップとを同時に搭載可能な放熱構造が実現される。また、上記図３（ａ）〜（ｃ）に示す構造は、半導体チップ３つ分の高さと厚みを有するが、図５（ａ）〜（ｃ）に示す構造は、半導体チップ２つ分の高さと厚みを有する構造であるため、図３（ａ）〜（ｃ）に示す構造よりも、半導体装置の薄型化が可能である。
【００６１】
−第３の実施形態の変形例−
図６は、第３の例示的半導体装置の変形例の構造を示している。
【００６２】
図６に示すように、本半導体装置では、ダイパッド１及びダイパッド１５が半導体装置のパッケージから露出している。すなわち、段差を有しているリードフレーム７の最下段に位置する部分で、ダイパッド１及びダイパッド１５が露出するような構造になっている。なお、その他の構成部分は、上記図５に示した対応する構成部分と同様であって、その説明は繰り返さない。また、本変形例の構造によって得られる利点は、上記図２の構造を用いて説明したものと同様である。さらに、上記図４に示す構造は、半導体チップ３つ分の高さと厚みを有するが、図６に示す構造は、半導体チップ２つ分の高さと厚みを有する構造であるため、図４に示す構造よりも、半導体装置の薄型化が可能である。
【００６３】
（第４の実施形態）
以下に、第４の例示的半導体装置の構造について説明する。なお、下記では、半導体チップの回路構成において、半導体チップ内で発熱密度に分布が生じる場合における半導体チップ間の接触領域の位置関係を説明するものであって、上記各実施形態にも共通する実施形態である。
【００６４】
図７（ａ）は、本半導体装置におけるチップの平面配置を示しており、（ｂ）は、本半導体装置におけるチップの断面位置を示していると共に熱伝導の様子を模式的に示している。
【００６５】
図７（ａ）に示すように、半導体チップ４の構成回路の中で、発熱密度が高い高発熱回路エリア１７が存在する場合は、半導体チップ５と高発熱回路エリア１７との距離をａ、半導体チップ４の厚さをｔとすると、ａ＞ｔの関係が必要となる。
【００６６】
ここで、上記ａ＞ｔの関係について、図７（ｂ）を用いて説明する。
【００６７】
半導体チップ内部での熱伝達速度をσとすると、高発熱エリア１７から半導体チップ４の裏面までの熱到達時間がｓＲ＝ｔ／σとなる。また、高発熱エリア１７から半導体チップ５までの熱到達時間がｓＣ＝ａ／σとなる。ａ＞ｔであれば、ｓＲ＜ｓＣとなり、高発熱エリア１７からの熱が半導体チップ４の裏面に到達する時間の方が、高発熱エリア１７から半導体チップ５へ到達する時間よりも短い。
【００６８】
このとき、半導体チップ４の裏面はダイパッド１と接続され、且つ、上記各実施形態の変形例のようにダイパッド１が封止樹脂１４から露出する構造であって実装基板にはんだ付けされていると、高発熱エリア１７から発する熱は、伝達経路が短く放熱性の高いダイパッド１側に移動することになり、半導体チップ５への熱は伝わり難くなる。
【００６９】
（第５の実施形態）
以下、第５の例示的半導体装置の製造方法について説明する。なお、下記では、上記図２に示した構造を有する半導体装置を製造する方法を例に挙げて説明する。
【００７０】
図８（ａ）〜（ｄ）及び図９（ａ）〜（ｄ）は、第５の例示的半導体装置の製造方法における工程順の断面図を示している。
【００７１】
まず、図８（ａ）に示すように、ダイパッドにおける半導体チップ搭載面の主面に対して垂直な方向に段差を有する（上下方向に高さ位置が異なる）２個のダイパッド１及び２を有するリードフレーム７を、ダイパッド１及び２の所望の高さに合わせた形状を有するリードフレーム保持プレート１８上に設置する。続いて、ダイパッド１及び２の半導体チップ搭載面に導電性樹脂３を塗布する。この工程では、ダイパッド１及び２の双方に導電性ペーストを塗布している。導電性ペーストにはＡｇ粒子を含んだＡｇペーストを用いればよい。
【００７２】
次に、図８（ｂ）に示すように、下側に位置するダイパッド１に、上面に電極６を有する半導体チップ４を搭載する。具体的には、コレット１９に吸着された半導体チップ４をダイパッド１に搭載する。なお、半導体チップを搭載する順序は、下側（最下面）に位置するダイパッド１への搭載から行う。
【００７３】
次に、図８（ｃ）に示すように、半導体チップ４の回路形成面と後述する半導体チップ５との接触領域に断熱材１２を形成する。なお、ここで、断熱材１２は、上述の図２を用いた説明部分と同様である。
【００７４】
次に、図８（ｄ）に示すように、コレット１９に吸着された半導体チップ５をダイパッド２に搭載すると共に、半導体チップ５の裏面と半導体チップ４上の断熱材１２とを接着させる。これにより、半導体チップ５の下面の一部は、ダイパッド２に電気的に接続され、半導体チップ５の下面におけるダイパッド２に接続されていない部分は、半導体チップ４に電気的に接続される（図９（ａ）参照）。
【００７５】
次に、図９（ａ）に示すように、半導体チップ４及び５を搭載したリードフレーム７をキュア炉２０に入れて、加熱する。これにより、導電性樹脂３及び断熱材１２の接着層を加熱硬化させる。なお、加熱条件は導電性樹脂３の内部にボイドが残らない硬化条件に設定することが好ましい。
【００７６】
次に、図９（ｂ）に示すように、半導体チップ４及び５を搭載したリードフレーム７をワイヤボンドステージ２１に固定し、キャピラリー２２によりワイヤボンドを実施して金ワイヤ９を形成する。ワイヤボンドを行う順序は、半導体チップ４と半導体チップ５と間のワイヤボンドを先に行い、次に、半導体チップ４、５とリードフレーム７とのワイヤボンドを行う。
【００７７】
次に、図９（ｃ）に示すように、従来と同じ封止金型を用いて封止樹脂１４を注入することにより、封止工程を行う。ここでは、上記図２に示したように、ダイパッド１がパッケージから露出する構造となっている。
【００７８】
次に、図９（ｄ）に示すように、従来と同様の加工工程を行う。組立工程においては、半導体チップ搭載工程又はワイヤボンド工程において、ダイパッドの半導体チップ搭載面の垂直方向に段差を有するリードフレーム７を保持する治具の形状を段差に合わせることが重要となる。
【００７９】
以上のように、本半導体装置の製造方法によると、パッケージの厚さを大きくすることなく、電気的及び熱的に独立した複数個のダイパッドに、消費電力又は発熱密度に差がある複数の半導体チップを同一パッケージ内に搭載することが可能である。さらに、発熱量の高い半導体チップと発熱量の低い半導体チップとを同時に搭載可能な放熱構造を実現できる。
【００８０】
なお、以上では、上記図２に示した構造を有する半導体装置を製造する方法を例に挙げて説明したが、それ以外の上記図１、図３〜図６に示した構造を有し、且つ、上記の効果を奏する半導体装置を製造する方法であっても、本実施形態から容易に想起できるものである。例えば、ダイパッドの個数が３個以上のものに対しては、導電性樹脂を全てのダイパッドに塗布し、半導体チップ４、断熱材１２、半導体チップ５、断熱材１２、及び半導体チップ６といったように、半導体チップと断熱材１２とを交互に搭載していけばよい。さらに、断熱材１２の形成においては、半導体チップをダイパッドに搭載後に形成するだけでなく、半導体チップがウエハ状態の時点で、事前に半導体チップの回路形成面に形成しておいてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明の技術は、多機能を有する半導体装置にとって有用であり、具体的には、複数個の半導体チップを同一パッケージ内に搭載する半導体装置の構造及びその製造方法にとって有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は、第１の例示的半導体装置の構成を示す図であって、（ａ）は該半導体装置の内部構成の概略を示す断面図、（ｂ）は該半導体装置のリードフレームの概略平面図、（ｃ）は該半導体装置の内部構成の概略を示す上面側から見た平面図である。
【図２】第１の例示的半導体装置の変形例に係る半導体装置の構造図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、第２の例示的半導体装置の構成を示す図であって、（ａ）は該半導体装置の内部構成の概略を示す断面図、（ｂ）は該半導体装置のリードフレームの概略平面図、（ｃ）は該半導体装置の内部構成の概略を示す上面側から見た平面図である。
【図４】第２の例示的半導体装置の変形例に係る半導体装置の構造図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、第３の例示的半導体装置の構成を示す図であって、（ａ）は該半導体装置の内部構成の概略を示す断面図、（ｂ）は該半導体装置のリードフレームの概略平面図、（ｃ）は該半導体装置の内部構成の概略を示す上面側から見た平面図である。
【図６】第３の例示的半導体装置の変形例に係る半導体装置の構造図である。
【図７】（ａ）は、第４の例示的半導体装置における半導体チップの平面配置を示しており、（ｂ）は、第４の例示的半導体装置における半導体チップの断面位置を示すと共に熱伝導を模式的に示す図である。
【図８】（ａ）〜（ｄ）は、第５の例示的半導体装置の製造方法における工程順の断面図である。
【図９】（ａ）〜（ｄ）は、第５の例示的半導体装置の製造方法における工程順の断面図である。
【図１０】（ａ）及び（ｂ）は、従来の半導体装置としてのＱＦＰパッケージの断面構成図である。
【図１１】（ａ）〜（ｅ）は、従来の半導体装置の製造方法としてのＱＦＰパッケージの製造方法における工程順の断面図である。
【符号の説明】
【００８３】
１    ダイパッド
２    ダイパッド
３    導電性樹脂
４    半導体チップ
５    半導体チップ
６    電極
７    リードフレーム
８    インナーリード
９    金ワイヤ  
１０  吊りリード
１１  外部接続リード
１２  断熱材
１４  封止樹脂
１５  ダイパッド
１６  半導体チップ
１７  高発熱回路エリア
１８  リードフレーム保持プレート
１９  コレット
２０  キュア炉
２１  ワイヤボンドステージ
２２  キャピラリー
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
2009295959.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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