JP5098085B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は半導体装置及びその製造方法に関し、特に複数の半導体パッケージを積層してなる半導体装置及びその製造方法に関する。

半導体装置の高密度化の要求に伴い、複数の半導体パッケージを実装した半導体装置が開発されている。半導体装置の実装面積を縮小するために、複数の半導体パッケージを積層するＰｏＰ（パッケージオンパッケージ）技術が用いられている。

特許文献１には、積層された複数の半導体パッケージの各々から引き出されたリードをクリップで保持する技術が開示されている。特許文献２には、各々の半導体パッケージから引き出されたリードを、各々の半導体パッケージの外形に沿って曲げ、半導体パッケージを積層する技術が開示されている。
特開平９−２８３７０２号公報 特開平１１−８７６０１号公報

しかしながら、積層後に、積層された複数の半導体パッケージの中に不良品があった場合に、不良品を容易に交換することができない。このことはコストアップの原因となっていた。

上記課題に鑑み、本発明は積層後においても容易に半導体パッケージの交換が可能な半導体装置の提供を目的としている。

本発明は、積層された複数の半導体パッケージと、前記積層された複数の半導体パッケージの各々から引き出され、前記半導体パッケージの外形に沿って曲げられ、前記半導体パッケージの上面まで延出されたリードと、前記積層された複数の半導体パッケージのうち下段に配置された第１半導体パッケージから引き出された第１リードと、前記積層された複数の半導体パッケージのうち前記第１半導体パッケージの上段に配置された第２半導体パッケージから引き出された第２リードとが、接触するように積層された前記複数の半導体パッケージを固定するホルダーと、を具備することを特徴とする半導体装置である。本発明によれば、積層された複数の半導体パッケージがホルダーで固定されているため、積層後であってもホルダーを取り外すことで不良品を容易に交換することができ、半導体装置のコストダウンが可能となる。

上記構成において、前記半導体パッケージの上面の、前記リードの前記半導体パッケージの上面まで延出された部分と重なる領域の高さは、前記半導体パッケージの上面の、前記リードの前記半導体パッケージの上面まで延出された部分と重ならない領域の高さよりも低い構成とすることができる。この構成によれば、積層後の半導体装置の高さを低くすることができる。

上記構成において、前記積層された複数の半導体パッケージのうち、最上段に配置される半導体パッケージの上面、及び最下段に配置される半導体パッケージの下面の各々には、前記ホルダーと係合するための溝部が設けられている構成とすることができる。この構成によれば、ホルダーによる固定の強度を高めることができる。

上記構成において、前記第２リードは、前記第２半導体パッケージの下面から引き出され、前記第１リードの前記第１半導体パッケージの上面に延出した部分と接触している構成とすることができる。この構成によれば、第１リードと第２リードとの間で、半田を使用せずに電気的な接続を行うことができる。

上記構成において、前記ホルダーは、弾性体からなる構成とすることができる。この構成によれば、ホルダーの破損を防止することができる。

上記構成において、前記リードの曲げられた部分の厚さは、前記リードの曲げられていない部分の厚さより薄い構成とすることができる。この構成によれば、リードを容易に曲げることができる。

本発明は、半導体パッケージから引き出されたリードを、前記半導体パッケージの外形に沿って曲げ、前記半導体パッケージの上面まで延出させる工程と、複数の前記半導体パッケージを、前記複数の半導体パッケージのうち下段に配置される第１半導体パッケージから引き出された第１リードと、前記複数の半導体パッケージのうち前記第１半導体パッケージの上段に配置される第２半導体パッケージから引き出された第２リードとが、接触するように積層する工程と、前記積層された複数の半導体パッケージを、ホルダーで固定する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法である。本発明によれば、積層された複数の半導体パッケージがホルダーで固定されているため、積層後であってもホルダーを取り外すことで不良品を容易に交換することができ、半導体装置のコストダウンが可能となる。

上記構成において、前記ホルダーで固定する工程は、前記ホルダーと前記積層された複数の半導体パッケージの最上面及び最下面の各々に設けられた溝部とが係合することで、前記ホルダーで固定する工程である構成とすることができる。この構成によれば、ホルダーによる固定の強度を高めることができる。

本発明によれば、積層された複数の半導体パッケージをホルダーで固定しているので、積層後であってもホルダーを取り外すことで不良の半導体パッケージを容易に交換することができる。

以下、図面を用いて本発明に係る実施例について説明する。

図１（ａ）は実施例１に係る半導体装置１００の上面図であり、図１（ｂ）はＡ−Ａ１に沿った断面図、図１（ｃ）はＢ−Ｂ１に沿った断面図である。

図１（ｂ）に示すように、半導体装置１００は、第１半導体パッケージ２００の上に第２半導体パッケージ２２０が、第２半導体パッケージ２２０の上に第３半導体パッケージ２４０が、各々積層され構成されている。

図１（ｂ）を参照に、第１半導体パッケージ２００を例として、個々の半導体パッケージの構成について説明する。例えばシリコンからなる半導体チップ１０が、接着剤４を用いてダイステージ２０の上にダイボンディングされている。半導体チップ１０は、ボンディングワイヤ２により第１リード３０と接続されている。ボンディングワイヤ２、半導体チップ１０、ダイステージ２０、及び第１リード３０の一部は、例えばエポキシからなる樹脂４０で封止されている。第１リード３０の一部は樹脂４０の下面４０ａから樹脂４０の外部に引き出されている。第１リード３０は、樹脂４０の外形に沿って曲げられ、樹脂４０の上面まで延出されている。樹脂４０の上面のうち、第１リード３０が重なる部分には切り欠き４０ｃが設けられており、上面のうちの切り欠き４０ｃを除いた上面４０ｂよりも高さが低くなっている。また、第１リード３０の曲げられた部分（以下曲げ部３０ａ）の厚さは、例えばハーフエッチング加工をなされることで、第１リード３０の曲げ部３０ａ以外の部分の厚さより薄くなっている。第２半導体パッケージ２２０、第３半導体パッケージ２４０についても同様の構成である。

図１（ｂ）に示すように、第１半導体パッケージ２００の上には第２半導体パッケージ２２０が積層されている。第１リード３０のうち樹脂４０の上面まで延出された部分と、第２半導体パッケージ２２０に設けられた第２リード３２のうち樹脂４２の下面４２ａから外部に引き出された部分とは接触している。同様に、第２半導体パッケージ２２０の上には第３半導体パッケージ２４０が積層されており、第２リード３２と第３リード３４とは接触している。

図１（ａ）及び図１（ｃ）に示すように、積層された第１半導体パッケージ２００、第２半導体パッケージ２２０及び第３半導体パッケージ２４０は、ホルダー５０に挟まれることで固定されている。最下段に配置された第１半導体パッケージ２００の下面、及び最上段に配置された第３半導体パッケージ２４０の上面の各々には、ホルダー５０の突出部５０ａと係合するための溝部６０が設けられている。また、図１（ａ）に示すように、各半導体パッケージの樹脂の、ホルダー５０が設置される側面には、側面溝部７０が設けられている。

以下、図２から図１０（ｃ）を用いて実施例１に係る半導体装置１００の製造方法について説明する。

図２は半導体装置１００の製造工程を示したフローチャートである。ステップＳ１０からステップＳ１５においては、第１半導体パッケージ２００を例として、個々の半導体パッケージの製造工程について説明する。

図３（ａ）はステップＳ１０のリードフレーム６の供給工程を示した上面図であり、図３（ｂ）はＡ−Ａ１に沿った断面図である。この工程において、リードフレーム６が製造装置に供給される。リードフレーム６は、ダイステージ２０と第１リード３０とサイドレール８とから構成されている。第１リード３０には、例えばハーフエッチングを施されることで、他の部分よりも厚さが薄くなっている曲げ部３０ａが設けられている。

図４（ａ）はステップＳ１１のダイボンディング工程を示した上面図であり、図４（ｂ）はＡ−Ａ１に沿った断面図である。図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、半導体チップ１０をダイステージ２０上に、接着剤４を用いてダイボンディングする。

図５（ａ）はステップＳ１２のワイヤボンディング工程を示した上面図であり、図５（ｂ）はＡ−Ａ１に沿った断面図である。この工程において、半導体チップ１０と第１リード３０とを、ボンディングワイヤ２を用いて、電気的に接続する。

図６（ａ）はステップＳ１３のモールディング工程を示した上面図であり、図６（ｂ）はＡ−Ａ１に沿った断面図である。この工程において、ボンディングワイヤ２、半導体チップ１０、ダイステージ２０、及び第１リード３０の一部を樹脂４０で封止する。図６（ｂ）に示すように、第１リード３０の一部は樹脂４０の下面４０ａから、樹脂４０の外部へと引き出されている。図６（ａ）に示すように、樹脂４０の上面のうち、第１リード３０が配列されている辺に沿った部分には、切り欠き４０ｃが設けられている。また、樹脂４０の上面及び下面の各々のうち、第１リード３０が配列されていない辺に沿った部分には、各々溝部６０が設けられている（下面の溝部６０は不図示）。樹脂４０の側面の、上面から見て溝部６０と対向する部分には、側面溝部７０が設けられている。

図７（ａ）はステップＳ１４のトリミング工程を示した上面図であり、図７（ｂ）はＡ−Ａ１に沿った断面図である。図７（ｂ）に示すように、この工程において、樹脂４０の外部に露出しているサイドレール８を取り除く。

図８（ａ）はステップＳ１５のリードフォーミング工程を示した上面図であり、図８（ｂ）はＡ−Ａ１に沿った断面図である。図８（ｂ）に示すように、この工程において、第１リード３０は、厚さが薄くなっている曲げ部３０ａを折り目として、樹脂４０の外形に沿って曲げられ、樹脂４０の上面に設けられた切り欠き４０ｃまで延出される。このとき、第１リード３０は、樹脂４０の上面に対して斜め上方向を向き、先端及びその周辺部が樹脂４０の上面４０ｂよりも上方に突出するように曲げられる。

図９（ａ）はステップＳ１６の積層工程を示した上面図であり、図９（ｂ）はＡ−Ａ１に沿った断面図である。図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、第１半導体パッケージ２００の上に第２半導体パッケージ２２０を、第１リード３０と第２リード３２とが重なる位置に積層する。さらに、第２半導体パッケージ２２０の上に第３半導体パッケージ２４０を、第２リード３２と第３リード３４とが重なる位置に積層する。ステップＳ１５において説明したように、第１リード３０の一部が樹脂４０の上面４０ｂよりも上方に突出している。このため、図９（ｂ）に示すように、第１リード３０は第２リード３２に押さえつけられる。このとき、第１リード３０には第２リード３２を持ち上げる方向に弾性力が発生する。同様に、第２リード３２には第３リード３４を持ち上げる方向に弾性力が発生する。このため、第１リード３０と第２リード３２とは接触し、第２リード３２と第３リード３４とは接触する。このことにより、各半導体パッケージ間の電気的な接続がなされる。

図１０（ａ）はステップＳ１７の固定の工程を示した上面図であり、図１０（ｂ）はＢ−Ｂ１に沿った断面図である。図１０（ａ）に示すように、各半導体パッケージの側面に設けられた側面溝部７０にホルダー５０が挿入される。また、図１０（ｂ）に示すように、最下段に配置された第１半導体チップ２００の下面、及び最上段に配置された第３半導体パッケージ２４０の上面のそれぞれに設けられた溝部６０の各々と、ホルダー５０に設けられた突出部５０ａの各々とは係合する。このことにより、半導体パッケージの積層は、より強く固定される。

実施例１によれば、半導体装置１００はホルダー５０で固定されている。このため、積層された半導体パッケージの中に不良品が混入していた場合、ホルダー５０を取り外すことで、積層後であっても不良品の交換を容易に行うことができる。このことにより、半導体装置のコストダウンが可能となる。

各半導体パッケージの各樹脂の上面には切り欠きが設けられているため、切り欠きが設けられていない場合よりも、積層後の半導体装置１００の高さを低くすることができる。

ホルダー５０の材質は、樹脂、金属及びセラミックスでもよい。ただし、ホルダー５０の剛性が高い場合、ホルダー５０が破損する恐れがあるため、弾性体であることが好ましい。また、半導体装置１００は、後工程において加熱される。加熱されると、ホルダー５０が膨張し、固定が外れる恐れがある。これを防ぐために、ホルダー５０の材質の熱膨張係数は、例えばエポキシに代表される樹脂４０の熱膨張係数よりも同じか小さいことが好ましい。また、耐熱性があることが好ましい。材質の代表例は、樹脂ではＰＥＥＫ（ポリエーテル・エーテル・ケトン）やＥＴＦＥ（４フッ化エチレン・エチレン共重合樹脂）などのフッ素系樹脂、金属ではバネ用リン青銅やバネ用ステンレス、などである。

ホルダー５０の形状に限定はないが、固定の強度を高めるために、突出部５０ａが溝部６０に嵌めこまれるような形状であることが好ましい。

溝部６０は、積層された際に最下段に配置される半導体パッケージの下面及び最上段に配置される半導体パッケージの上面に設けられていればよい。しかし、モールディング工程の簡略化の観点から、全ての半導体パッケージに溝部６０が設けられていることが好ましい。

側面溝部７０はなくてもよい。しかし、ホルダー５０設置後の半導体装置の面積を縮小するためには、ホルダー５０が樹脂の側面からはみ出さないように、側面溝部７０が設けられていることが好ましい。また、実施例１においては、溝部６０及び側面溝部７０が設けられた２辺の各々と、リードが配列された２辺の各々とは別の辺であるとしたが、同じ辺にあってもよい。

実施例１においては、半導体チップ１０がダイステージ２０にダイボンディングされている例を示した。しかし、ダイステージ２０がなく、半導体チップ１０とリードとがボンディングワイヤ２により接続され、それらが樹脂で封止された半導体パッケージであっても、本発明は適用可能である。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

図１（ａ）は、実施例１に係る半導体装置の上面図である。図１（ｂ）はＡ−Ａ１に沿った断面図であり、図１（ｃ）はＢ−Ｂ１に沿った断面図である。 図２は実施例１に係る半導体装置の製造工程を示すフローチャートである。 図３（ａ）は実施例１に係る半導体装置の製造工程を示す上面図であり、図３（ｂ）はＡ−Ａ１に沿った断面図である。 図４（ａ）は実施例１に係る半導体装置の製造工程を示す上面図であり、図４（ｂ）はＡ−Ａ１に沿った断面図である。 図５（ａ）は実施例１に係る半導体装置の製造工程を示す上面図であり、図５（ｂ）はＡ−Ａ１に沿った断面図である。 図６（ａ）は実施例１に係る半導体装置の製造工程を示す上面図であり、図６（ｂ）はＡ−Ａ１に沿った断面図である。 図７（ａ）は実施例１に係る半導体装置の製造工程を示す上面図であり、図７（ｂ）はＡ−Ａ１に沿った断面図である。 図８（ａ）は実施例１に係る半導体装置の製造工程を示す上面図であり、図８（ｂ）はＡ−Ａ１に沿った断面図である。 図９（ａ）は実施例１に係る半導体装置の製造工程を示す上面図であり、図９（ｂ）はＡ−Ａ１に沿った断面図である。 図１０（ａ）は実施例１に係る半導体装置の製造工程を示す上面図であり、図１０（ｂ）はＢ−Ｂ１に沿った断面図である。

符号の説明

半導体チップ １０
ダイステージ ２０
第１リード ３０
第２リード ３２
第３リード ３４
樹脂 ４０、４２、４４
ホルダー ５０
溝部 ６０
側面溝部 ７０
半導体装置 １００
第１半導体パッケージ ２００
第２半導体パッケージ ２２０
第３半導体パッケージ ２４０

Claims (6)

1. 積層された複数の半導体パッケージと、
   前記積層された複数の半導体パッケージの各々から引き出され、前記半導体パッケージの外形に沿って曲げられ、前記半導体パッケージの上面まで延出されたリードと、
   前記積層された複数の半導体パッケージのうち下段に配置された第１半導体パッケージから引き出された第１リードと、前記積層された複数の半導体パッケージのうち前記第１半導体パッケージの上段に配置された第２半導体パッケージから引き出された第２リードとが、接触するように積層された前記複数の半導体パッケージを固定するホルダーと、を具備し、
   前記積層された複数の半導体パッケージのうち、最上段に配置される半導体パッケージの上面、及び最下段に配置される半導体パッケージの下面の各々には、前記ホルダーと係合するための溝部が設けられていることを特徴とする、半導体装置。
2. 前記半導体パッケージの上面の、前記リードの前記半導体パッケージの上面まで延出された部分と重なる領域の高さは、前記半導体パッケージの上面の、前記リードの前記半導体パッケージの上面まで延出された部分と重ならない領域の高さよりも低いことを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記第２リードは、前記第２半導体パッケージの下面から引き出され、前記第１リードの前記第１半導体パッケージの上面に延出した部分と接触していることを特徴とする、請求項１または２に記載の半導体装置。
4. 前記ホルダーは、弾性体からなることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の半導体装置。
5. 前記リードの曲げられた部分の厚さは、前記リードの曲げられていない部分の厚さより薄いことを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の半導体装置。
6. 半導体パッケージから引き出されたリードを、前記半導体パッケージの外形に沿って曲げ、前記半導体パッケージの上面まで延出させる工程と、
   複数の前記半導体パッケージを、前記複数の半導体パッケージのうち下段に配置される第１半導体パッケージから引き出された第１リードと、前記複数の半導体パッケージのうち前記第１半導体パッケージの上段に配置される第２半導体パッケージから引き出された第２リードとが、接触するように積層する工程と、
   前記積層された複数の半導体パッケージを、ホルダーで固定する工程と、を有し、
   前記ホルダーで固定する工程は、前記ホルダーと前記積層された複数の半導体パッケージの最上面及び最下面の各々に設けられた溝部とが係合することで、前記ホルダーで固定する工程であることを特徴とする、半導体装置の製造方法。

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