(57)【要約】【課題】放熱性に優れ、簡略な組立工程で製造できる、半導体集積回路装置を提供する。【解決手段】半導体集積回路装置は、半導体チップ１１と、積層配線基板からなるパッケージ基板１２と、積層配線基板からなる封止基板１５とを備えている。そして、封止基板１５に作りこまれた配線パターン１６によって半導体チップ１１とパッケージ基板１２上の図示しない配線パターンとを接続するとともに、封止基板１５の最も外側に、半導体チップ１１とパッケージ基板上１２の配線パターンとの接続を取り囲むように配線層を設けた構造を有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップと、積層配線基板からなるパッケージ基板と、積層配線基板からなる封止基板を備え、前記封止基板に作りこまれた配線パターンによって前記半導体チップと前記パッケージ基板上の配線パターンとを接続するとともに、前記封止基板の最も外側に、前記半導体チップと前記パッケージ基板上の配線パターンとの接続を取り囲むように配線層を設けた構造を有することを特徴とする半導体集積回路装置。
【請求項２】
前記配線層を接地電位に固定したことを特徴とする、請求項１に記載の半導体集積回路装置。
【請求項３】
複数の前記半導体チップを備えることを特徴とする、請求項１または２に記載の半導体集積回路装置。
【請求項４】
前記半導体チップと前記封止基板との間の空間をアンダーフィル材で充填したことを特徴とする、請求項１から３のいずれか１に記載の半導体集積回路装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体集積回路装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路装置においては、近年、動作の高速化や、製造プロセスの微細化と回路の高集積化により、熱や雑音の発生が問題となっている。このため、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）やピングリッドアレイ（ＰＧＡ）等をはじめとしたエリアアレイ型と呼ばれる半導体集積回路パッケージにおいては、内蔵する半導体チップで発生する熱を実装基板側の配線パターンに逃がすために、例えば図５に示すような構成が採用される。図５において、５１は半導体チップ、５２はパッケージ基板、５３はパッケージ端子、５４はボンディングワイヤ、５５は接地電極パターン、５６はモールド材である。この例に示すように、半導体チップ５１直下に配置された接地電極配線パターン５５と実装用の半田ボール等からなる端子５３とをスルーホールで接続して放熱のための伝熱経路とする手法（サーマルグランド等と呼ばれる）が一般的に行なわれている。
【０００３】
またこの他にも、従来から半導体集積回路の放熱性の改善や雑音対策に関する技術が開示されている。例えば、特許文献１においては、半導体装置の配線基板のターミナルと、その外部端子となるリードのインナーリードとを電気的に接続する際に、ワイヤーボンディング接続法に比べ接続時間を短縮し、またパッケージ化したときの半導体装置のサイズを小さくし、バンプ接続法の場合に生じる放熱性の問題や搬送時の剥離の問題を解消する技術が開示されている。
また、例えば、特許文献２においては、蓋部と側壁部とによって囲まれた凹型の収納部を有する筺体から構成され、放熱性に優れ、薄型化を図ることのできる電子部品に関する技術が開示されている。
【特許文献１】特開平６−２８３６４９号公報
【特許文献２】特開２００５−２６０３８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の技術では、上記のように半導体装置の配線基板のターミナルと、その外部端子となるリードのインナーリードとを電気的に接続する際に、ワイヤーボンディング接続法に比べ接続時間を短縮し、またパッケージ化したときの半導体装置のサイズを小さくし、バンプ接続法の場合に生じる放熱性の問題や搬送時の剥離の問題を解消する技術について述べられている。この技術では、リードフレーム由来のアイランドとリードフレーム由来のリードとの間に隙間を設け、その隙間に半導体チップを搭載した配線基板を挿入して固定することを特徴としている。
【０００５】
しかしながら、この技術では製造時にリードフレームのリードとアイランドの間に狭い隙間を作り、半導体チップを搭載した配線基板を挿入した後に隙間を閉じて配線基板を挟んで保持する構造となっている。このため、製造工程では、作った隙間を配線基板の挿入後に閉じて、半導体チップを搭載した配線基板を挟んで固定できるよう調整する必要が生じる。また、狭い隙間に半導体チップを搭載した配線基板を挿入する必要があることから、その工程においては何らかの不具合が発生した場合には半導体チップを搭載した配線基板を傷つけてしまうリスクが常に存在する。
【０００６】
また、特許文献２のように、蓋部と側壁部とによって囲まれた凹型の収納部を有する筺体から構成され、放熱性に優れ、薄型化を図ることのできる電子部品に関する技術では、その製造方法において、蓋部と側壁部とによって囲まれた凹型の収納部を形成し、その収納部に裏面側から電子素子を搭載した基板を収納し、樹脂封止した上で底面側から削り取り、裏面に金属層を設けることを特徴としている。
この技術では、製造時に、蓋部と側壁部とによって囲まれた凹型の収納部を形成し、電子素子を搭載した基板を前記収納部に収納して樹脂で封止した後で、収納部の側壁部と封止樹脂の両方について、組み立てた電子部品全体の底面側から同時に削り取り、側壁部底面と封止材の封止下面とを同一の仮想平面上になるようにする工程や、前記工程の後に、前記基板の裏面に金属層を設け、前記側壁部の底面に接続端部を設ける工程を有することが好ましい、とされている。
【０００７】
しかしながら、樹脂封止した後で組み立てた電子部品全体を研磨したり、研磨後に金属層を設けたりといった工程があるため、組立工程全体ではある程度の時間を要し、また収納した電子素子を搭載した基板には振動等のストレスが掛かることは避けられない。
【０００８】
本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたものであり、放熱性に優れ、簡略な組立工程で製造できる、半導体集積回路装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明における半導体集積回路装置は、半導体チップと、積層配線基板からなるパッケージ基板と、積層配線基板からなる封止基板によって構成されることを特徴としている。
上記の構成において、封止基板に作りこまれた配線パターンによって半導体チップとパッケージ基板上の配線パターンとを接続する。同時に封止基板の最も外側に、前記の半導体チップとパッケージ基板上の配線パターンとの接続を取り囲むように独立した配線層を設けた構造となっている。
【００１０】
この構成においては、封止基板上に作りこまれた配線パターンと半導体チップとの接続はバンプを介して行なわれる。封止基板上に作りこまれた配線パターンは組立時にパッケージ基板上の配線パターンと接続される。半導体チップに封止基板を載せることで接続が完了するため、特に接続する信号線の端子数が多い場合などでは、従来のボンディングワイヤによる接続に比べて工程での作業を削減することができる。また、ボンディングワイヤより太い配線パターンとすることで、半導体チップとパッケージ端子との間の接続におけるインダクタンスを低減することができる。さらに、ボンディングワイヤを使用した場合に比べて短い距離での接続が可能となるため、パッケージ化したときの半導体集積回路装置自体の小型化を図ることができる。
【００１１】
本構成では、前記の半導体チップとパッケージ基板上の配線パターンとの接続とは別に、前記接続を取り囲むように封止基板の最も外側に独立した配線層を設けている。この配線層は半導体チップ上部を含むパッケージ全体の上面を覆っているため、半導体チップ部で発生した熱をパッケージ上面全体に効率的に伝えることができる。放熱対策として半導体集積回路装置の背面に放熱器を取り付ける場合でも、その効果をより高めることができる。
【００１２】
また、本発明における半導体集積回路装置においては、前記した封止基板の最も外側となる位置に、半導体チップとパッケージ基板上の配線パターンとの接続を取り囲むように独立して設けた配線層を、接地電位に固定する構成としても良い。
この構成においては、封止基板およびパッケージ基板の配線層によって半導体集積回路装置全体を接地電位の導電体で取り囲む構造となるため、前記した放熱面での効果に加えて、シールドとしての効果を持たせることができる。
【００１３】
また、本発明における半導体集積回路装置においては、複数の半導体チップを内蔵する構成としても良い。
この構成においては、封止基板に作りこまれた配線パターンによって、複数の半導体チップとパッケージ基板上の配線パターンとを、および複数の半導体チップ同士とを接続する。同時に封止基板の最も外側に、前記複数の半導体チップとパッケージ基板上の配線パターンとの接続、および複数の半導体チップ間の接続を取り囲むように独立した配線層を設けた構造となっている。
【００１４】
この構成においては、半導体チップと封止基板上に作りこまれた配線パターンとの接続はバンプを介して行なわれる。封止基板上に作りこまれた配線パターンは組立時にパッケージ基板上の配線パターンと接続されるとともに、複数の半導体チップ間での接続については直接チップ間を接続する。半導体チップに封止基板を載せることで接続が完了するため、特に接続する信号線の端子数が多い場合や多数の半導体チップを搭載する場合などでは、従来のボンディングワイヤによる接続に比べて工程での作業を削減することができる。また、ボンディングワイヤより太い配線パターンとすることで、半導体チップとパッケージ端子との間の接続、および半導体チップ間での接続におけるインダクタンスを低減することができる。さらに、ボンディングワイヤを使用した場合に比べて短い距離での接続が可能となるため、パッケージ化したときの半導体集積回路装置自体の小型化を図ることができる。
【００１５】
さらに、本発明における半導体集積回路装置においては、半導体チップと封止基板との間の空間をアンダーフィル材で充填した構成としても良い。
この構成においては、前記半導体チップとその上に載せた前記封止基板との間にできる空間を、例えばエポキシ樹脂などのアンダーフィル材で充填する。一般に、ある一定の距離以下の隙間においては空気を残しておくよりも充填材で隙間を埋めた方が熱伝導は良くなるため、こうすることにより封止基板の最も外側に独立して設置した配線層に、半導体チップで発生した熱を更に効率良く伝えることが可能になる。さらにアンダーフィル材には半導体チップと封止基板との間の応力を緩和する効果があるため、半導体集積回路装置自体の信頼性の向上も図ることができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上、詳細に説明したように、本発明による半導体集積回路装置によれば、放熱性に優れ、簡略な組立工程で製造できる、半導体集積回路装置を提供することができる。
特に、本発明の半導体集積回路装置によれば、半導体チップに封止基板を載せることでパッケージ基板上の配線パターンと半導体チップとの接続が完了するため、特に接続する信号線の端子数が多い場合や複数の半導体チップを内蔵する場合などでは、従来のボンディングワイヤによる接続に比べて工程での作業を軽減することのできる半導体集積回路装置を提供することができる。
【００１７】
また、本発明による半導体集積回路装置によれば、封止基板に作りこまれた配線パターンによって、パッケージ基板上の配線パターンと半導体チップとの間の接続を行なうため、ボンディングワイヤより太い配線パターンとすることで、半導体チップとパッケージ端子との間の接続におけるインダクタンスを低減させた半導体集積回路装置を提供することができる。
【００１８】
また、本発明による半導体集積回路装置によれば、封止基板に作りこまれた配線パターンによって、パッケージ基板上の配線パターンと半導体チップとの間の接続を行なうため、ボンディングワイヤを使用した場合に比べて短い距離での接続が可能となるため、よりパッケージを小型化した半導体集積回路装置を提供することができる。複数の半導体チップを内蔵した場合においても同様である。
【００１９】
また、本発明による半導体集積回路装置によれば、パッケージ基板上の配線パターンと半導体チップとの接続とは別に、前記接続を取り囲むように封止基板の最も外側に独立した配線層を設け、この配線層で半導体チップ上部を含むパッケージ全体の上面を覆っているため、半導体チップ部で発生した熱をパッケージ上面全体に効率的に伝え、放熱器を取り付ける場合にもその効果をより高めることのできる半導体集積回路装置を提供することができる。
【００２０】
また、本発明による半導体集積回路装置によれば、前記した封止基板の最も外側となる位置に、パッケージ基板上の配線パターンと半導体チップとの接続を取り囲むように独立して設けた配線層を接地電位に固定することで、半導体集積回路装置全体を接地電位の導電体で取り囲む構造とすることができるため、放熱効果だけでなくシールド効果をも持った半導体集積回路装置を提供することができる。
【００２１】
さらに、本発明による半導体集積回路装置によれば、半導体チップと封止基板との間の空間を、例えばエポキシ樹脂などのアンダーフィル材で充填することにより、封止基板の最も外側に独立して設置した配線層に、半導体チップで発生した熱を更に効率良く伝えることのできる半導体集積回路装置を提供することができる。またアンダーフィル材には半導体チップと封止基板との間の応力を緩和する効果があるため、より信頼性を向上した半導体集積回路装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の各実施形態に係る半導体集積回路装置について、図１ないし図４を参照して詳細に説明する。
【００２３】
（第一の実施形態）
本発明の第一の実施形態である半導体集積回路装置は、図１の概略図に示したように、半導体チップ１１と、積層配線基板からなるパッケージ基板１２と、半田ボール等からなるパッケージ端子１３と、バンプ１４と、積層配線基板からなる封止基板１５と、封止基板１５に作りこまれた配線パターン１６と、配線層１７とによって構成されている。
【００２４】
本実施形態においては、封止基板１５上に作りこまれた配線パターン１６と半導体チップ１１との接続はバンプ１４を介して行なわれる。封止基板１５上に作りこまれた配線パターン１６は、組立時にパッケージ基板１２上の配線パターン（図示せず）と接続される。半導体チップ１１に封止基板１５を載せることで接続が完了するため、特に接続する信号線の端子数が多い場合などでは、従来のボンディングワイヤによる接続に比べて工程での作業を削減することができる。また、ボンディングワイヤより太い配線パターン１６とすることで、半導体チップ１１とパッケージ端子１３との間の接続におけるインダクタンスを低減することができる。さらに、ボンディングワイヤを使用した場合に比べて短い距離での接続が可能となるため、パッケージ化したときの半導体集積回路装置自体の小型化を図ることができる。
【００２５】
また、本実施形態においては、半導体チップ１１とパッケージ基板１２上の配線パターン（図示せず）との接続とは別に、その接続を取り囲むように封止基板１５の最も外側に独立した配線層１７を設けている。この配線層１７は半導体チップ１１上部を含むパッケージ全体の上面を覆っているため、半導体チップ１１部分で発生した熱をパッケージ上面全体に効率的に伝えることができる。放熱対策として半導体集積回路装置の背面に放熱器を取り付ける場合でも、その効果をより高めることができる。
【００２６】
さらに本実施形態においては、封止基板１５の最も外側となる位置に、半導体チップ１１とパッケージ基板１２上の配線パターン（図示せず）との接続を取り囲むように独立して設けた配線層１７を、接地電位に固定しても良い。この場合は、封止基板１５およびパッケージ基板１２の配線層によって半導体集積回路装置全体を接地電位の導電体で取り囲む構造となるため、前記した放熱面での効果に加えて、シールドとしての効果を持たせることができる。
【００２７】
（第二の実施形態）
本発明の第二の実施形態である半導体集積回路装置は、図２の概略図に示したように、半導体チップ２１と、積層配線基板からなるパッケージ基板２２と、半田ボール等からなるパッケージ端子２３と、バンプ２４と、積層配線基板からなる封止基板２５と、前記封止基板２５に作りこまれた配線パターン２６と、配線層２７と、アンダーフィル材２８とによって構成されている。
【００２８】
本実施の形態においては、実施の第一形態と同様に半導体チップ２１に封止基板２５を載せることで接続が完了するため、工程での作業を削減することができる。また、半導体チップ２１とパッケージ端子２３との間の接続におけるインダクタンスを低減することができる。さらに、パッケージ化したときの半導体集積回路装置自体の小型化を図ることができる。また、半導体チップ２１部分で発生した熱をパッケージ上面全体に効率的に伝えることができる。さらに配線層２７を接地電位に固定した場合は、放熱面での効果に加えてシールドとしての効果を持たせることができる。
【００２９】
さらに本実施の形態においては、半導体チップ２１とその上に載せた封止基板２５との間にできる空間を、例えばエポキシ樹脂などのアンダーフィル材２８で充填する。一般に、ある一定の距離以下の隙間においては空気を残しておくよりも充填材で隙間を埋めた方が熱伝導は良くなるため、こうすることにより封止基板２５の最も外側に独立して設置した配線層２７に、半導体チップ２１で発生した熱を更に効率良く伝えることが可能になる。さらにアンダーフィル材２８には半導体チップ２１と封止基板２５との間の応力を緩和する効果があるため、半導体集積回路装置自体の信頼性の向上も図ることができる。
【００３０】
（第三の実施形態）
本発明の第三の実施形態である半導体集積回路装置は、図３の概略図に示したように、半導体チップ３１，３２と、積層配線基板からなるパッケージ基板３３と、半田ボール等からなるパッケージ端子３４と、バンプ３５と、積層配線基板からなる封止基板３６と、前記封止基板３６に作りこまれた配線パターン３７と、配線層３８によって構成されている。
【００３１】
本実施形態においては、複数の半導体チップ３１，３２を内蔵する半導体集積回路装置であっても、第一の実施形態と同様に半導体チップ３１，３２に封止基板３６を載せることで接続が完了するため、工程での作業を削減することができる。特に接続する信号線の端子数が多い場合やより多数の半導体チップを搭載する場合などでは、工程作業の削減効果は大きくなる。また、複数の半導体チップ間での接続については配線パターンの長さを短くすることができるため、半導体チップ３１，３２とパッケージ端子３４との間の接続におけるインダクタンスを低減することができる。さらに、パッケージ化したときの半導体集積回路装置自体の小型化を図ることができる。また、半導体チップ３１，３２の部分で発生した熱をパッケージ上面全体に効率的に伝えることができる。さらに配線層３８を接地電位に固定した場合は、放熱面での効果に加えてシールドとしての効果を持たせることができる。なお、図３では２つの半導体チップ３１，３２を図示しているが、さらに３つ以上の半導体チップを有して構成されたものであっても良い。
【００３２】
（第四の実施形態）
本発明の第四の実施形態である半導体集積回路装置は、図４の概略図に示したように、半導体チップ４１，４２と、積層配線基板からなるパッケージ基板４３と、半田ボール等からなるパッケージ端子４４と、バンプ４５と、積層配線基板からなる封止基板４６と、前記封止基板４６に作りこまれた配線パターン４７と、配線層４８と、アンダーフィル材４９によって構成されている。
【００３３】
本実施形態においては、第三の実施形態と同様に工程での作業を削減することができる。また、半導体チップ４１，４２とパッケージ端子４４との間の接続におけるインダクタンスを低減することができる。さらに、パッケージ化したときの半導体集積回路装置自体の小型化を図ることができる。また、半導体チップ４１，４２の部分で発生した熱をパッケージ上面全体に効率的に伝えることができる。さらに配線層４８を接地電位に固定した場合は、放熱面での効果に加えてシールドとしての効果を持たせることができる。
【００３４】
さらに本実施形態においては第二の実施形態と同様に、半導体チップ４１，４２とその上に載せた封止基板４６との間にできる空間を、例えばエポキシ樹脂などのアンダーフィル材４９で充填することにより、封止基板４６の最も外側に独立して設置した配線層４８に、半導体チップ４１および４２で発生した熱を更に効率良く伝えることが可能になる。さらにアンダーフィル材４９には半導体チップ４１および４２と封止基板４６との間の応力を緩和する効果があるため、半導体集積回路装置自体の信頼性の向上も図ることができる。なお、本実施形態においても、図４にて２つの半導体チップ４１，４２を図示しているが、さらに３つ以上の半導体チップを有して構成されたものであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第一の実施形態である半導体集積回路装置の概略を示す概略図である。
【図２】本発明の第二の実施形態である半導体集積回路装置の概略を示す概略図である。
【図３】本発明の第三の実施形態である半導体集積回路装置の概略を示す概略図である。
【図４】本発明の第四の実施形態である半導体集積回路装置の概略を示す概略図である。
【図５】従来の半導体集積回路装置の概略を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３６】
１１…半導体チップ、１２…パッケージ基板、１３…パッケージ端子、１４…バンプ、１５…封止基板、１６…配線パターン、１７…配線層、２１…半導体チップ、２２…パッケージ基板、２３…パッケージ端子、２４…バンプ、２５…封止基板、２６…配線パターン、２７…配線層、２８…アンダーフィル材、３１…半導体チップ１、３２…半導体チップ２、３３…パッケージ基板、３４…パッケージ端子、３５…バンプ、３６…封止基板、３７…配線パターン、３８…配線層、４１…半導体チップ１、４２…半導体チップ２、４３…パッケージ基板、４４…パッケージ端子、４５…バンプ、４６…封止基板、４７…配線パターン、４８…配線層、４９…アンダーフィル材、５１…半導体チップ、５２…パッケージ基板、５３…パッケージ端子、５４…ボンディングワイヤ、５５…接地電極配線パターン、５６…モールド材。
【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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