JP3670102B2

JP3670102B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof

Info

Publication number: JP3670102B2
Application number: JP01005497A
Authority: JP
Inventors: 孝市池田; 毅池田
Original assignee: Nigata Semitsu Co Ltd
Current assignee: NSC Co Ltd
Priority date: 1997-01-04
Filing date: 1997-01-04
Publication date: 2005-07-13
Anticipated expiration: 2017-01-04
Also published as: JPH10199909A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリント配線板等の両面にチップを実装した半導体装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウエハ上に形成されたチップは通常、個別に切り出されてパッケージングされた状態でプリント配線板に実装される。チップをパッケージングすると、チップ自体の大きさに比べてはるかに外形寸法が大きくなるため、実装密度を上げるのにも一定の限界がある。
【０００３】
このため、最近では、ベアチップをパッケージングせずにそのままプリント配線板に実装する例が増えてきた。このような実装方法として、ＣＯＢ(Chip On Board) 実装とフリップチップ実装がよく知られている。ＣＯＢ実装は、ベアチップのパッドとプリント配線板のパッドとをボンディングワイヤにより接続するものである。一方、フリップチップ実装は、ベアチップのパッドに半田ボール等のバンプを取り付けてバンプを介してベアチップのパッドとプリント配線板のパッドとを接続するものである。このようなＣＯＢ実装やフリップチップ実装を行えば、パッケージングされたチップを実装する場合に比べてはるかに実装面積を小さくでき、高密度実装が可能となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＣＯＢ実装を行う場合には、ボンディングワイヤがパッドに付きやすくするために、チップ実装面の反対側の面をヒータで暖めてチップ実装面を均一な温度に設定してワイヤボンディングを行うのが一般的である。ところが、すでにＣＯＢ実装された面をヒータで暖めることは技術的に難しいため、プリント配線板の両面をＣＯＢ実装することは事実上困難であり、プリント配線板全体の実装密度は思ったほどには上がらない。フリップチップ実装を行う場合も事情は同じで、バンプとパッドとを確実に接合させるためには、チップ実装面の反対側の面にヒータを当てたり、特殊な光を照射する必要がある。
【０００５】
また、フリップチップ実装を行う場合には、実装前に予めベアチップやプリント配線板のパッドにバンプを形成しておく必要があり、パッドの数が多くなるにつれて、バンプを原因とする不良が多くなる。例えば、バンプの大きさにばらつきが生じたり、バンプがパッド位置から少しずれて付いたりする。ＣＯＢ実装を行う場合には、ボンディングワイヤに断線等の不良が発生しても、不良の起こったボンディングワイヤのみを取り替えることが比較的容易に行えるが、フリップチップ実装の場合には、実装後に一部のバンプだけを取り替えることは簡単には行えない。したがって、プリント配線板上に実装されるチップのうち、フリップチップ実装を行うものは現状では一部に限られ、両面にフリップチップ実装を行うことも歩留まりを考慮すると製品レベルでは現実的でない。
【０００６】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、プリント配線板等のメイン基板の両面にボンディングワイヤを用いた実装を行って実装密度の向上を図った半導体装置およびその製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、請求項１の半導体装置は、両面にチップが実装されたメイン基板を有しており、半導体ウエハから切り出された１つ以上の第１のベアチップがボンディングワイヤを用いて実装されたモジュール基板と、メイン基板とモジュール基板との間に埋め込まれた放熱用の金属片とを備え、モジュール基板をメイン基板の一方の面に実装し、その反対側の面に半導体ウエハから切り出された１つ以上の第２のベアチップをボンディングワイヤを用いて実装している。モジュール基板には、第１のベアチップがボンディングワイヤを用いて実装されており、結局、メイン基板の両面にボンディングワイヤを用いてベアチップを実装したことと同じ結果になる。したがって、実装密度を向上できる。また、第１のベアチップで発生した熱を金属片に逃がすことができる。
請求項２の半導体装置では、金属片は、モジュール基板の面積とほぼ等しい領域に形成されている。また、請求項３の半導体装置では、金属片は、モジュール基板から部分的に露出させて形成されている。
【０００８】
請求項４の半導体装置は、メイン基板の両面の正反対の位置にボンディングワイヤの配線領域を設ける。従来は、ワイヤボンディングを行う面の反対側の面にヒータを当てる必要があることから、メイン基板の両面の正反対の位置にはボンディングワイヤを接続できなかったが、本発明はメイン基板の一方の面にはすでにワイヤボンディングされたモジュール基板を実装するため、正反対の位置でもボンディングワイヤの配線領域を設けることができる。
【０００９】
請求項５の半導体装置は、モジュール基板のチップ実装面を上にしてメイン基板に実装する。したがって、メイン基板に直接ベアチップを実装した場合と同じ方向にボンディングワイヤが取り付けられる。
【００１０】
請求項６の半導体装置は、モジュール基板を実装しても半導体装置の高さが高くなりすぎないように、メイン基板上のモジュール基板の実装箇所付近は高さを低くする。
【００１１】
請求項７の半導体装置は、ＳＯ−ＤＩＭＭの規格に沿うようにメイン基板とモジュール基板の形状を定めて、メイン基板の一方の面にモジュール基板を、その反対側の面にメモリ用ベアチップをＣＯＢ実装するため、結局、両面にメモリ用ベアチップをＣＯＢ実装したことと同じ結果になり、従来のＳＯ−ＤＩＭＭよりもメモリ容量を増やすことができる。
【００１２】
請求項８の半導体装置は、メイン基板の一方の面に、モジュール基板以外の部品、例えばＳＭＴ部品やＣＯＢ実装部品などを実装するため、メモリ基板やマザーボードなどの広範囲の基板に適用できる。
【００１３】
請求項９の半導体装置の製造方法は、基板の一方の面にボンディングワイヤを用いてベアチップを実装した後に、その反対側の面にモジュール基板を実装するため、一方の面にベアチップを実装する際には、従来と同様にその反対側の面にヒータを当てながら実装することができる。したがって、製造方法を大幅に変更しなくて済む。また、モジュール基板に実装されたベアチップで発生した熱を金属片に逃がすことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した半導体装置について、図面を参照しながら具体的に説明する。
【００１５】
まず最初に、本発明の特徴である放熱用の金属片を有しない半導体装置に関する参考形態について説明する。
図１（ａ）は参考形態の半導体装置の概略を示す上面図、図１（ｂ）はその下面図、図１（ｃ）は図１（ａ）のＡ方向から見た図である。参考形態の半導体装置は、ＳＯ−ＤＩＭＭ(Single Outline Dual Inline Memory Module)と呼ばれるメモリ基板の規格に沿った外形寸法を有し、プリント配線板の両面に半導体ウエハから切り出されたメモリ用ベアチップを実装している。
【００１６】
図１（ｂ）に示すように、プリント配線板１１の下面側には、半導体ウエハから切り出された複数のメモリ用ベアチップ１がＣＯＢ実装されている。一方、プリント配線板１１の上面側には、図１（ａ）、（ｃ）に示すように、高さの異なる第１の基板面１１ａおよび第２の基板面１１ｂが設けられ、第１の基板面１１ａよりも高さが高い第２の基板面１１ｂには外部接続端子１１ｃが一体に形成されている。この外部接続端子１１ｃはＳＯ−ＤＩＭＭの規格で定めた外形寸法を有し、不図示のマザーボードやメモリボードのコネクタに嵌合されて、各種信号のやり取りを行う。
【００１７】
また、プリント配線板１１の上面側の第１の基板面１１ａには後述するＬＳＩモジュール１０が一つ以上実装される。
【００１８】
図２はＬＳＩモジュール１０を拡大して示した平面図、図３はＬＳＩモジュール１０の斜視図である。図２に示すように、ＬＳＩモジュール１０は、半導体ウエハから１個あるいは数個単位で切り出した４個のメモリ用ベアチップ１をモジュール基板２上にＣＯＢ実装したものである。各メモリ用ベアチップ１は、例えば４×４Mbitのメモリ容量を有するＤＲＡＭであり、いずれのメモリ用ベアチップ１も長方形形状をしており、その長辺に沿って一列に入出力パッド３が形成されている。
【００１９】
また、モジュール基板２上の中央付近には、長手方向に沿って一列にパッド４が形成され、モジュール基板２のパッド４とメモリ用ベアチップ１のパッド３はそれぞれボンディングワイヤ５により接続されている。
【００２０】
ボンディングワイヤ５を接続する際、ボンディングワイヤ５がメモリ用ベアチップ１の外表面に接触すると、短絡や熱による断線等の原因となり、逆にボンディングワイヤ５とメモリ用ベアチップ１との距離を離しすぎるとＬＳＩモジュール１０の高さが高くなりすぎるため、ボンディングワイヤ５がメモリ用ベアチップ１に接触しないぎりぎりの高さでワイヤボンディングを行うのが望ましい。
【００２１】
参考形態のＬＳＩモジュール１０は、図１（ｃ）に示すように、ワイヤボンディングされたメモリ用ベアチップ１の上面を樹脂６で覆って断線等の防止を図っている。樹脂６を厚く形成すると、ＬＳＩモジュール１０の高さが高くなりすぎるため、モジュール基板２の外周近傍に所定高さの封止枠７を取り付け、この封止枠７の内部に樹脂６を流し込み、樹脂厚が封止枠７の高さに一致するようにしている。これにより、ＬＳＩモジュール１０の高さのばらつきを確実に抑えることができる。
【００２２】
なお、プリント配線板１１の上面側の第１の基板面１１ａには、ＬＳＩモジュール１０の他に、ノイズ除去用の複数のコンデンサ１２がＳＭＴ(Surface Mount Technology)方式で実装されている。
【００２３】
次に、図４を用いて参考形態の半導体装置の製造工程を説明する。まず、図４（ａ）に示すように、プリント配線板１１の下面側にメモリ用ベアチップ１をＣＯＢ実装する。より詳細には、チップ実装面の反対側の面１１ａにヒータを当ててプリント配線板１１を一定温度（例えば、１５０℃）に設定した状態で、ベアチップ１上のパッドとプリント配線板１１上のパッドとをボンディングワイヤ５により接続する。
【００２４】
なお、プリント配線板１１の下面側にＣＯＢ実装されるメモリ用ベアチップ１の種類と、モジュール基板２上に実装されるメモリ用ベアチップ１の種類は必ずしも同じでなくてもよい。
【００２５】
次に図４（ｂ）に示すように、プリント配線板１１の上面側の第１の基板面１１ａに図２に示したＬＳＩモジュール１０を実装する。ＬＳＩモジュール１０の側面には、図３に示すように外部接続端子として利用される複数の凹部８が形成され、これら凹部８の周囲には、ＬＳＩモジュール１０のパッドと導通を取るための幅広のパターン９が形成されている。ＬＳＩモジュール１０をプリント配線板１１に実装する場合は、図３に示す凹部８をプリント配線板１１上のパッドと位置合わせして凹部８に半田を流し込む。これにより、半田がパターンの方向に流れ込み、ＬＳＩモジュール１０はプリント配線板１１と接合される。
【００２６】
ＬＳＩモジュール１０の側面に形成された凹部８に半田を流し込んで固定する実装方法はＬＣＣ(Leadless Chip Carrier) 方式とも呼ばれ、実装面積がモジュールの外周面積にほぼ一致することから、最新のメモリ実装技術の一つであるＣＳＰ(Chip Size Package) 方式よりも一歩進んだＣＳＭ(Chip Size Module)方式による実装が実現できる。
【００２７】
このように、参考形態の半導体装置は、プリント配線板１１の一方の面にメモリ用ベアチップ１をＣＯＢ実装した後に、メモリ用ベアチップ１が予めＣＯＢ実装されたＬＳＩモジュール１０をプリント配線板１１の他方の面に実装するため、結局、プリント配線板１１の両面にＣＯＢ実装したことと同じ結果になり、プリント配線板１１の両面にはＣＯＢ実装できないという従来の製造上の問題を解消でき、高密度実装が可能となる。また、ＬＳＩモジュール１０は、ＬＣＣ方式によりプリント配線板１１に実装されるため、ほぼモジュールサイズでの実装が可能であり、その反対側の面の実装密度とほぼ同密度でＣＯＢ実装することができる。
【００２８】
また、図３では、ＬＳＩモジュール１０の側面に凹部８を形成してＬＣＣ方式によりプリント配線板１１に実装を行う例について説明したが、ＢＧＡ(Ball Grid Array) 方式による実装を行ってもよい。
【００２９】
上述した参考形態では、ＳＯ−ＤＩＭＭの規格に沿った半導体装置を製造する例を説明したが、本発明は、ＳＩＭＭやＤＩＭＭ等の各種のメモリ基板や、ＣＰＵ等が実装されるマザーボードやドーターボード等にも適用可能である。
【００３０】
図５はコンピュータ機器のマザーボードに本発明を適用した例を示す図であり、図５（ａ）はマザーボード２０の上面図、図５（ｂ）は下面図を示している。マザーボード２０の上面側には、図５（ａ）に示すようにＬＳＩモジュール１０′が実装されており、このＬＳＩモジュール１０′上にはＣＰＵとその周辺ＬＳＩがベアチップの状態でＣＯＢ実装されている。この他、マザーボード２０の上面側には、複数のＬＳＩ２１がＣＯＢ実装され、一部のＬＳＩ２２やコンデンサ２３などはＳＭＴ方式で実装されている。
【００３１】
一方、マザーボードの下面側には、図５（ｂ）に示すようにＳＲＡＭやＤＲＡＭなどのメモリ用ベアチップ１がＣＯＢ実装され、各チップに対応してコンデンサ１２がＳＭＴ方式で実装されている。
【００３２】
このように、ＣＯＢ実装あるいはフリップチップ実装された部品と、それ以外の実装方法で実装された部品とをプリント配線板１１上で混在させることができるため、プリント配線板のレイアウト設計の自由度が広がり、設計時間を短縮できる。
【００３３】
なお、上述した参考形態では、メモリ用ベアチップ１をプリント配線板１１上にＣＯＢ実装する例を説明したが、本発明は、ガラス基板上にＣＯＧ(Chip On Glass) 実装する場合や、フィルム上にＣＯＦ(Chip On Film)実装する場合にも、同様に適用可能である。
次に、上述した参考形態に工夫を加えた本実施形態の半導体装置について説明する。
【００３４】
ところで、図２に示したＬＳＩモジュール１０上には、複数のメモリ用ベアチップ１が実装されているため、かなりの熱が発生するおそれがある。そこで、図６に示すように、プリント配線板１１とモジュール基板２の接触面に円柱状の金属片３１を埋め込んで、この金属片３１に熱を逃がすようにしてもよい。
【００３５】
図７は、図６に示す半導体装置の製造工程を説明する図である。まず、図７（ａ）に示すように、プリント配線板１１の下面側にメモリ用ベアチップ１をＣＯＢ実装し、上面側に複数の溝３２を形成する。次に、図７（ｂ）および図７（ｃ）に示すように、溝３２と略同径の円柱状の金属片３１を溝３２の内部に収納する。なお、図７（ｂ）はプリント配線板１１の平面図であり、図７（ｃ）は縦断面図である。次に、図７（ｄ）に示すように、金属片３１の外径と略同径の溝３３が予め形成されたＬＳＩモジュール１０″を、溝３２の位置を基準としてプリント配線板１１上に実装する。
【００３６】
図６に示すように、ＬＳＩモジュール１０″の下面に金属片３１を接触させれば、ＬＳＩモジュール１０″で発生した熱を効率よく逃がすことができ、メモリ用ベアチップ１の熱暴走を確実に防げる。
【００３７】
なお、放熱のための具体的方法は図６に限定されず、例えばプリント配線板１１上に格子状に溝を形成して、この溝に図８に示すようにプレスした金属片３１′を埋め込んでもよい。あるいは、プリント配線板１１上のＬＳＩモジュール１０の接触面に、図９のような放熱用のベタパターン３４を形成してもよい。放熱用のパターンとしては、図１０のような放射線状のパターン３５でもよく、あるいは格子状のパターンでもよい。
【００３８】
また、上述した図６〜図１０では、ＬＳＩモジュール１０″の面積とほぼ等しい領域に金属片３１やパターン３４、３５を形成するようにしたが、放熱性を向上させるためにはこれら金属片３１やパターン３４、３５をＬＳＩモジュール１０″から部分的に露出させて形成することが望ましい。
【００３９】
また、ＬＳＩモジュール１０に金属を接触させて放熱させるのではなく、図１１（ａ）に示すようにＬＳＩモジュール１０″の下面に溝３３を形成しておき、このＬＳＩモジュール１０″をプリント配線板１１に実装したときにできる空洞を利用して熱を逃がすようにしてもよい。あるいは、図１１（ｂ）に示すようにプリント配線板１１にも溝３２を形成して、熱の逃げ道を広げてもよい。
【００４０】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、第１のベアチップが実装されたモジュール基板をメイン基板の一方の面に実装し、他方の面に第２のベアチップをボンディングワイヤを用いて実装するため、メイン基板の両面にボンディングワイヤを用いて実装したことと同じ結果になり、実装密度を大幅に向上できる。また、第１のベアチップで発生した熱を金属片に逃がすことができる。また、ベアチップが実装されたモジュール基板を予め用意しておけば、プリント配線板上にモジュール基板を実装するだけで済むため、メイン基板の片面だけについてボンディングワイヤを取り付ければよく、半導体装置の製造工程が簡略化する。
【００４１】
また、メイン基板上にモジュール基板を実装する前にベアチップを実装すれば、ベアチップ実装面の反対側の面をヒータで暖めながら実装できるため、従来のＣＯＢ実装方法をそのまま利用でき、製造方法の変更が少なくて済む。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は参考形態の半導体装置の概略を示す上面図、（ｂ）は下面図、（ｃ）は図１（ａ）のＡ方向から見た平面図である。
【図２】ＬＳＩモジュールを拡大して示した平面図である。
【図３】ＬＳＩモジュールの斜視図である。
【図４】半導体装置の製造工程を説明する図である。
【図５】本発明をコンピュータ機器のマザーボードに適用した例を示す図で、（ａ）はマザーボードの上面図、（ｂ）は下面図である。
【図６】放熱対策を施した本実施形態の半導体装置を示す図である。
【図７】図６に示す半導体装置の製造工程を示す図である。
【図８】プリント配線板上に格子状に金属片を埋め込んだ図である。
【図９】プリント配線板上にベタパターンを形成した図である。
【図１０】プリント配線板上に放射状にパターンを形成した図である。
【図１１】（ａ）はＬＳＩモジュールに溝を形成した図、（ｂ）はＬＳＩモジュールとプリント配線板の双方に溝を形成した図である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device in which chips are mounted on both surfaces of a printed wiring board or the like and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
Chips formed on a semiconductor wafer are usually mounted on a printed wiring board in a state of being cut out and packaged individually. When a chip is packaged, the outer dimensions are much larger than the size of the chip itself, so there is a certain limit to increasing the mounting density.
[0003]
For this reason, recently, an example in which a bare chip is directly mounted on a printed wiring board without being packaged has increased. As such mounting methods, COB (Chip On Board) mounting and flip chip mounting are well known. In COB mounting, a pad of a bare chip and a pad of a printed wiring board are connected by a bonding wire. On the other hand, in flip chip mounting, bumps such as solder balls are attached to the pads of the bare chip, and the pads of the bare chip and the pads of the printed wiring board are connected via the bumps. If such COB mounting or flip chip mounting is performed, the mounting area can be made much smaller than when a packaged chip is mounted, and high-density mounting becomes possible.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when performing COB mounting, in order to make the bonding wire easily attach to the pad, the surface opposite to the chip mounting surface is heated with a heater and the chip mounting surface is set to a uniform temperature to perform wire bonding. Is common. However, it is technically difficult to heat the surface already COB-mounted with a heater, so it is practically difficult to COB-mount both sides of the printed wiring board, and the mounting density of the entire printed wiring board is as high as expected. Does not rise. The situation is the same when flip-chip mounting is performed. In order to securely bond the bump and the pad, it is necessary to apply a heater or irradiate special light on the surface opposite to the chip mounting surface.
[0005]
In addition, when performing flip chip mounting, it is necessary to form bumps on the pads of the bare chip or the printed wiring board in advance before mounting, and as the number of pads increases, defects due to the bumps increase. . For example, the bump size varies, or the bump is slightly shifted from the pad position. In the case of COB mounting, even if a defect such as disconnection occurs in the bonding wire, it is relatively easy to replace only the bonding wire in which the defect has occurred. It is not easy to replace only the bumps on the part. Therefore, among the chips mounted on the printed wiring board, only a part of the chips to be flip-chip mounted is currently present, and the flip-chip mounting on both sides is not realistic at the product level considering the yield.
[0006]
The present invention was created in view of the above points, and an object of the present invention is to improve the mounting density by mounting using bonding wires on both surfaces of a main substrate such as a printed wiring board. And providing a manufacturing method thereof.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, a semiconductor device according to claim 1 has a main substrate on which chips are mounted on both sides, and one or more first bare chips cut out from a semiconductor wafer have bonding wires. A module board mounted using, and a heat dissipation metal piece embedded between the main board and the module board, the module board is mounted on one side of the main board, and the semiconductor is mounted on the opposite side One or more second bare chips cut out from the wafer are mounted using bonding wires. The first bare chip is mounted on the module substrate using bonding wires, and the result is the same as mounting bare chips on both surfaces of the main substrate using bonding wires. Therefore, the mounting density can be improved. Further, the heat generated in the first bare chip can be released to the metal piece.
According to another aspect of the semiconductor device of the present invention, the metal piece is formed in a region substantially equal to the area of the module substrate. According to another aspect of the semiconductor device of the present invention, the metal piece is formed so as to be partially exposed from the module substrate.
[0008]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a bonding wire wiring region at a position opposite to both surfaces of the main substrate. Conventionally, since it is necessary to apply a heater to the surface opposite to the surface on which wire bonding is performed, the bonding wires cannot be connected to the opposite positions on both surfaces of the main substrate. Since a module substrate that has already been wire-bonded is mounted on the surface, a wiring area for bonding wires can be provided even at the opposite position.
[0009]
The semiconductor device according to claim 5 is mounted on the main substrate with the chip mounting surface of the module substrate facing upward. Therefore, the bonding wire is attached in the same direction as when the bare chip is directly mounted on the main substrate.
[0010]
In the semiconductor device according to the sixth aspect of the present invention, the height near the mounting position of the module substrate on the main substrate is lowered so that the height of the semiconductor device does not become too high even if the module substrate is mounted.
[0011]
According to a seventh aspect of the present invention, the shape of the main board and the module board is determined so as to conform to the SO-DIMM standard, the module board is placed on one side of the main board, and the bare chip for memory is placed on the opposite side. The mounting results in the same result as COB mounting of the memory bare chips on both sides, and the memory capacity can be increased as compared with the conventional SO-DIMM.
[0012]
The semiconductor device according to the eighth aspect can be applied to a wide range of substrates such as a memory substrate and a motherboard because components other than the module substrate, such as SMT components and COB mounting components, are mounted on one surface of the main substrate.
[0013]
In the method of manufacturing a semiconductor device according to claim 9 , since a bare chip is mounted on one surface of the substrate using a bonding wire and then a module substrate is mounted on the opposite surface, the bare chip is mounted on one surface. Can be mounted while applying a heater to the opposite surface as in the conventional case. Therefore, it is not necessary to change the manufacturing method significantly. Further, the heat generated by the bare chip mounted on the module substrate can be released to the metal piece.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a semiconductor device to which the present invention is applied will be specifically described with reference to the drawings.
[0015]
First, a reference embodiment relating to a semiconductor device that does not have a metal piece for heat dissipation, which is a feature of the present invention, will be described.
FIG. 1A is a top view schematically showing a semiconductor device according to a reference embodiment, FIG. 1B is a bottom view thereof, and FIG. 1C is a view as seen from the A direction of FIG. The semiconductor device of the reference form has an external dimension in conformity with the memory board standard called SO-DIMM (Single Outline Dual Inline Memory Module), and the memory bare chip cut from the semiconductor wafer is mounted on both sides of the printed wiring board. doing.
[0016]
As shown in FIG. 1B, a plurality of memory bare chips 1 cut out from a semiconductor wafer are COB mounted on the lower surface side of the printed wiring board 11. On the other hand, on the upper surface side of the printed wiring board 11, as shown in FIGS. 1A and 1C, a first substrate surface 11a and a second substrate surface 11b having different heights are provided. External connection terminals 11c are integrally formed on the second substrate surface 11b, which is higher than the substrate surface 11a. The external connection terminal 11c has an outer dimension defined by the SO-DIMM standard, and is fitted to a connector of a mother board or memory board (not shown) to exchange various signals.
[0017]
One or more LSI modules 10 to be described later are mounted on the first substrate surface 11a on the upper surface side of the printed wiring board 11.
[0018]
FIG. 2 is an enlarged plan view showing the LSI module 10, and FIG. 3 is a perspective view of the LSI module 10. As shown in FIG. 2, the LSI module 10 is obtained by COB mounting four memory bare chips 1 cut out from a semiconductor wafer in one or several units on a module substrate 2. Each memory bare chip 1 is, for example, a DRAM having a memory capacity of 4 × 4 Mbit. Each memory bare chip 1 has a rectangular shape, and input / output pads 3 are formed in a line along the long side. Yes.
[0019]
Further, pads 4 are formed in a line along the longitudinal direction near the center on the module substrate 2, and the pads 4 of the module substrate 2 and the pads 3 of the memory bare chip 1 are connected by bonding wires 5.
[0020]
When the bonding wire 5 is connected, if the bonding wire 5 comes into contact with the outer surface of the memory bare chip 1, it may cause a short circuit or disconnection due to heat. Since the height of the LSI module 10 becomes too high, it is desirable to perform wire bonding at a height that does not allow the bonding wire 5 to contact the memory bare chip 1.
[0021]
As shown in FIG. 1C, the LSI module 10 of the reference form covers the upper surface of the wire-bonded memory bare chip 1 with a resin 6 to prevent disconnection or the like. If the resin 6 is formed thick, the height of the LSI module 10 becomes too high. Therefore, a sealing frame 7 having a predetermined height is attached in the vicinity of the outer periphery of the module substrate 2, and the resin 6 is poured into the sealing frame 7. The resin thickness matches the height of the sealing frame 7. Thereby, the variation in the height of the LSI module 10 can be reliably suppressed.
[0022]
In addition to the LSI module 10, a plurality of capacitors 12 for noise removal are mounted on the first substrate surface 11a on the upper surface side of the printed wiring board 11 by an SMT (Surface Mount Technology) method.
[0023]
Next, the manufacturing process of the semiconductor device of the reference embodiment will be described with reference to FIG. First, as shown in FIG. 4A, the memory bare chip 1 is COB-mounted on the lower surface side of the printed wiring board 11. More specifically, in a state where the printed wiring board 11 is set at a constant temperature (for example, 150 ° C.) by applying a heater to the surface 11a opposite to the chip mounting surface, the pads on the bare chip 1 and the printed wiring board 11 are set. The pads are connected by bonding wires 5.
[0024]
Note that the type of the memory bare chip 1 mounted on the lower surface side of the printed wiring board 11 and the type of the memory bare chip 1 mounted on the module substrate 2 are not necessarily the same.
[0025]
Next, as shown in FIG. 4B, the LSI module 10 shown in FIG. 2 is mounted on the first substrate surface 11 a on the upper surface side of the printed wiring board 11. As shown in FIG. 3, a plurality of recesses 8 used as external connection terminals are formed on the side surface of the LSI module 10, and the periphery of these recesses 8 has a wide width for conducting with the pads of the LSI module 10. A pattern 9 is formed. When the LSI module 10 is mounted on the printed wiring board 11, the recess 8 shown in FIG. 3 is aligned with the pad on the printed wiring board 11 and solder is poured into the recess 8. As a result, the solder flows in the pattern direction, and the LSI module 10 is joined to the printed wiring board 11.
[0026]
The mounting method in which solder is poured into the concave portion 8 formed on the side surface of the LSI module 10 is also called an LCC (Leadless Chip Carrier) method, and since the mounting area substantially matches the outer peripheral area of the module, the latest memory mounting Mounting by CSM (Chip Size Module) method, which is one step ahead of CSP (Chip Size Package) method, which is one of the technologies, can be realized.
[0027]
As described above, in the semiconductor device of the reference embodiment, after the memory bare chip 1 is COB-mounted on one surface of the printed wiring board 11, the LSI module 10 on which the memory bare chip 1 is COB-mounted in advance is connected to the other side of the printed wiring board 11. As a result, the same result as COB mounting on both sides of the printed wiring board 11 is obtained, and the conventional manufacturing problem that COB mounting cannot be performed on both sides of the printed wiring board 11 can be solved. Implementation is possible. Further, since the LSI module 10 is mounted on the printed wiring board 11 by the LCC method, it can be mounted in almost the module size, and can be COB mounted at substantially the same density as the mounting density on the opposite side. .
[0028]
In FIG. 3, the example in which the concave portion 8 is formed on the side surface of the LSI module 10 and mounting on the printed wiring board 11 by the LCC method has been described, but mounting by the BGA (Ball Grid Array) method may be performed.
[0029]
In the above-described reference embodiment, an example of manufacturing a semiconductor device in conformity with the SO-DIMM standard has been described. However, the present invention relates to various memory boards such as SIMM and DIMM, and a mother board and daughter board on which a CPU and the like are mounted. The present invention can also be applied.
[0030]
FIG. 5 is a diagram showing an example in which the present invention is applied to a motherboard of a computer device. FIG. 5A shows a top view of the motherboard 20 and FIG. 5B shows a bottom view. An LSI module 10 'is mounted on the upper surface side of the mother board 20 as shown in FIG. 5A, and a CPU and its peripheral LSI are COB mounted on the LSI module 10' in a bare chip state. . In addition, a plurality of LSIs 21 are mounted on the upper surface side of the motherboard 20 by COB, and some of the LSIs 22 and capacitors 23 are mounted by the SMT method.
[0031]
On the other hand, as shown in FIG. 5B, a bare chip 1 for memory such as SRAM or DRAM is COB-mounted on the lower surface side of the motherboard, and a capacitor 12 is mounted by SMT method corresponding to each chip.
[0032]
As described above, since components mounted by COB mounting or flip chip mounting and components mounted by other mounting methods can be mixed on the printed wiring board 11, the degree of freedom in layout design of the printed wiring board is increased. Spread and reduce design time.
[0033]
In the above-described reference embodiment, the example in which the memory bare chip 1 is COB mounted on the printed wiring board 11 has been described. However, the present invention can be applied to COG (Chip On Glass) mounting on a glass substrate or on a film. The same can be applied to COF (Chip On Film) mounting.
Next, a semiconductor device according to the present embodiment in which a device is added to the above-described reference embodiment will be described.
[0034]
Incidentally, since a plurality of memory bare chips 1 are mounted on the LSI module 10 shown in FIG. 2, there is a possibility that considerable heat is generated. Therefore, as shown in FIG. 6, a cylindrical metal piece 31 may be embedded in the contact surface between the printed wiring board 11 and the module substrate 2, and heat may be released to the metal piece 31.
[0035]
FIG. 7 is a diagram illustrating a manufacturing process of the semiconductor device shown in FIG. First, as shown in FIG. 7A, the memory bare chip 1 is COB-mounted on the lower surface side of the printed wiring board 11, and a plurality of grooves 32 are formed on the upper surface side. Next, as shown in FIGS. 7B and 7C, a cylindrical metal piece 31 having substantially the same diameter as the groove 32 is accommodated in the groove 32. 7B is a plan view of the printed wiring board 11, and FIG. 7C is a longitudinal sectional view. Next, as shown in FIG. 7D, an LSI module 10 ″ in which a groove 33 having a diameter substantially the same as the outer diameter of the metal piece 31 is formed in advance on the printed wiring board 11 with the position of the groove 32 as a reference. Implement.
[0036]
As shown in FIG. 6, if the metal piece 31 is brought into contact with the lower surface of the LSI module 10 ″, the heat generated in the LSI module 10 ″ can be efficiently released, and the thermal runaway of the memory bare chip 1 can be surely prevented. .
[0037]
The specific method for heat dissipation is not limited to that shown in FIG. 6. For example, grooves are formed on the printed wiring board 11 in a lattice shape, and a pressed metal piece 31 ′ is embedded in the grooves as shown in FIG. 8. But you can. Alternatively, a solid pattern 34 for heat dissipation as shown in FIG. 9 may be formed on the contact surface of the LSI module 10 on the printed wiring board 11. The radiation pattern may be a radial pattern 35 as shown in FIG. 10 or a lattice pattern.
[0038]
6 to 10 described above, the metal pieces 31 and the patterns 34 and 35 are formed in a region substantially equal to the area of the LSI module 10 ″. However, in order to improve heat dissipation, these metal pieces 31 are used. It is desirable that the patterns 34 and 35 are partially exposed from the LSI module 10 ″.
[0039]
Further, instead of dissipating heat by bringing a metal into contact with the LSI module 10, a groove 33 is formed on the lower surface of the LSI module 10 ″ as shown in FIG. 11A, and the LSI module 10 ″ is connected to a printed wiring board. 11 may be used to release heat by using a cavity formed when the device is mounted. Alternatively, as shown in FIG. 11B, grooves 32 may also be formed in the printed wiring board 11 to widen the heat escape path.
[0040]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, the module substrate on which the first bare chip is mounted is mounted on one surface of the main substrate, and the second bare chip is mounted on the other surface using bonding wires. Therefore, the result is the same as mounting on both surfaces of the main board using bonding wires, and the mounting density can be greatly improved. Further, the heat generated in the first bare chip can be released to the metal piece. In addition, if a module substrate on which a bare chip is mounted is prepared in advance, it is only necessary to mount the module substrate on a printed wiring board. Therefore, it is only necessary to attach a bonding wire to only one side of the main substrate. Is simplified.
[0041]
In addition, if the bare chip is mounted before mounting the module board on the main board, the surface opposite to the bare chip mounting surface can be mounted while being heated with a heater, so the conventional COB mounting method can be used as it is, and the manufacturing method can be changed. Is less.
[Brief description of the drawings]
1A is a top view schematically showing a semiconductor device according to a reference embodiment, FIG. 1B is a bottom view, and FIG. 1C is a plan view seen from the direction A in FIG.
FIG. 2 is an enlarged plan view showing an LSI module.
FIG. 3 is a perspective view of an LSI module.
FIG. 4 is a diagram illustrating a manufacturing process of a semiconductor device.
5A and 5B are diagrams showing an example in which the present invention is applied to a motherboard of a computer device, where FIG. 5A is a top view of the motherboard and FIG. 5B is a bottom view.
FIG. 6 is a diagram illustrating the semiconductor device of the present embodiment in which measures for heat dissipation are taken.
7 is a diagram showing a manufacturing process of the semiconductor device shown in FIG. 6; FIG.
FIG. 8 is a diagram in which metal pieces are embedded in a grid pattern on a printed wiring board.
FIG. 9 is a diagram in which a solid pattern is formed on a printed wiring board.
FIG. 10 is a diagram in which a pattern is formed radially on a printed wiring board.
11A is a diagram in which grooves are formed in an LSI module, and FIG. 11B is a diagram in which grooves are formed in both the LSI module and a printed wiring board.

Claims

In a semiconductor device having a main substrate with chips mounted on both sides,
A module substrate on which one or more first bare chips cut out from a semiconductor wafer are mounted using bonding wires, and a heat dissipating metal piece embedded between the main substrate and the module substrate ,
The module substrate is mounted on one surface of the main substrate, and one or more second bare chips cut out from the semiconductor wafer are mounted on the opposite surface using the bonding wires. apparatus.

In claim 1,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the metal piece is formed in a region substantially equal to an area of the module substrate.

In claim 1,
The semiconductor device is characterized in that the metal piece is partially exposed from the module substrate.

In any one of Claims 1-3,
At least a part of the wiring region of the bonding wire on the one surface of the main substrate and at least a part of the wiring region of the bonding wire on the opposite surface are arranged at opposite positions across the main substrate. As described above, the module substrate and the second bare chip are mounted on the main substrate.

In any one of Claims 1-4,
A semiconductor device, wherein the module substrate is mounted on the main substrate with the surface opposite to the chip mounting surface of the module substrate facing the main substrate.

  In any one of Claims 1-5,
  First and second substrate surfaces having different heights are formed on the one surface side of the main substrate,
  An external connection terminal is provided on the second substrate surface having a height higher than that of the first substrate surface, and the module substrate is mounted on the first substrate surface.

  In any one of Claims 1-6,
  The main substrate and the module substrate are mounted with a memory bare chip cut out from a semiconductor wafer,
  When the bare chip for memory and the module substrate are mounted on both surfaces of the main substrate, the outer dimension of the main substrate is SO-DIMM. (Single Outline Dual Inline Memory Module) A shape of the main substrate and the module substrate is determined so as to be within the range of the standard.

In any one of Claims 1-7,
A semiconductor device, wherein a component other than the module substrate is mounted on the one surface of the main substrate.

In a method for manufacturing a semiconductor device having a main substrate with chips mounted on both sides,
A first step of mounting one or more first bare chips cut from a semiconductor wafer on one surface of the main substrate using a bonding wire;
A module substrate on which one or more second bare chips cut out from a semiconductor wafer are mounted using bonding wires, in a state in which a metal piece for heat dissipation is embedded between the main substrate and the module substrate, And a second step of mounting on the other surface of the main substrate.