半导体存储装置制造方法
【专利摘要】提供一种能够更有效地对控制器处产生的热进行散热的半导体存储装置。根据本发明的实施方式的半导体存储装置包括半导体存储器和配置在半导体存储器之上的控制半导体存储器的控制器。
【专利说明】半导体存储装置
[0001]相关申请
[0002]本申请以日本专利申请2013-52803号(申请日:2013年3月15日)为基础，并享受其优先权。本申请通过参照该在先申请而包含其全部内容。
【技术领域】
[0003]本发明的实施方式涉及半导体存储装置。
【背景技术】
[0004]在半导体存储装置中，为了实现小型化和/或高密度安装，将多个半导体存储器芯片和控制存储器芯片的控制器芯片层叠在I个封装内密封。此外，近些年，以进一步小型化和/或高密度安装为目的，提出了将层叠半导体芯片并密封的封装和密封了控制器芯片的封装层叠的所谓POP (层叠封装)。
[0005]在这种半导体存储装置中，一般地，为了与主机进行通信，将控制器配置在布线基板之上。然后，在该控制器之上层叠有半导体存储器芯片。但是，伴随控制器的性能的提高(特别是工作频率的增大)，控制器的消耗电力也增大。其结果，在控制器中的发热不能忽视。因此，寻求能够有效地对在控制器中产生的热进行散热的半导体存储装置。
【发明内容】
[0006]本发明的实施方式的目的在于提供能够有效地对在控制器中产生的热进行散热的半导体存储装置。
[0007]本发明的实施方式所涉及的半导体存储装置包括:半导体存储器以及配置在半导体存储器之上的控制半导体存储器的控制器。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1是实施方式所涉及的半导体存储装置的构成图。
[0009]图2是实施方式所涉及的半导体存储装置的剖面图。
[0010]图3是表示实施方式所涉及的半导体存储装置的连接关系的示意图。
[0011]图4是表示实施方式所涉及的半导体存储装置的连接关系的示意图。
[0012]图5是实施方式的变形例所涉及的半导体存储装置的构成图。
[0013]图6是实施方式的变形例所涉及的半导体存储装置的剖面图。
[0014]符号说明
[0015]100:半导体存储装置；110:布线基板；120A?120E:半导体封装；130:散热板；140:热管；150:温度传感器；160:电源元件；170:无源元件；200:半导体存储装置；210:布线基板；220A?220E:半导体芯片；230:密封树脂。
【具体实施方式】
[0016]以下参照附图详细说明实施方式。
[0017]实施方式
[0018]图1是实施方式所涉及的半导体存储装置100的构成图(俯视图)。如图1所示，半导体存储装置100包括:布线基板110、半导体封装120A?120E、散热板130、热管140、温度传感器150、电源元件160和无源元件170。
[0019]布线基板110例如是母板或子板。布线基板110例如是在使环氧树脂浸在玻璃纤维中的环氧玻璃纤维板上形成布线的布线基板。半导体封装120A?120E在布线基板110之上以同一顺序层叠。另外，如图1所示，在半导体封装120A?120D的顶面涂敷粘贴高热传导树脂E (例如，硅热传导油脂)和/或薄膜。在半导体封装120A?120D内密封了 I个或者多个半导体存储器芯片。半导体存储器芯片例如是NAND型闪存。
[0020]半导体封装120E层叠在半导体封装120D之上。在半导体封装120E内密封了控制半导体封装120A?120D的控制器芯片。即，半导体存储装置100具有在半导体存储器芯片之上层叠控制器芯片的结构。另外，关于半导体封装120A?120E的层叠结构，参照图2以后说明。
[0021]半导体封装120E内的控制器芯片根据来自未图示的主机的控制信号，进行对半导体封装120A?120D内的半导体存储器芯片的数据写入、读出、消除等。此外，半导体封装120E根据从以后说明的温度传感器150输出的温度来控制工作。具体地，当从温度传感器150输出的温度超过指定值(阈值)时，降低工作速度或者停止工作。
[0022]散热板130是散热片。散热板130使用热传导性优异的金属(例如，铜(Cu)和/或铝(Al)和/或镍(Ni)等)。散热板130被配置在半导体封装120E之上。此外，也可以在散热片与半导体封装120E之间涂敷粘贴高热传导树脂(例如，硅热传导油脂)和/或薄膜。另外，散热板130的大小只要与控制器芯片同等或稍大即可，在半导体封装120E顶面的散热板130以外的部分，可以配置温度传感器150、电源元件160、无源元件170。
[0023]热管140以与散热板130热接触的状态配置在散热板130之上。热管140与未图示的热沉、翅片等热交换器连接。因此，经由散热板130和热管140，在半导体封装120A?120E上产生的热向电子设备的外部散热。
[0024]温度传感器150被配置在半导体封装120E之上。温度传感器150检测半导体封装120E的温度。温度传感器150将所检测的温度向半导体封装120E内的控制器芯片输出。
[0025]电源元件160是稳压器。电源元件160将经由布线基板110和矽穿封装孔(图2的10、11)从外部输入的电力进行降压和/或升压，变换成所希望的电压。电源元件160向半导体封装120E提供变换后的电压。另外，也可以将通过电源元件160降压和/或升压后的电压提供给其它半导体封装120A?120D。
[0026]无源元件170例如是电容器、电感、电阻、晶体振荡器等。无源元件170被装载在布线基板110和/或半导体封装120E之上。
[0027]另外，半导体封装120A?120E通过参照图2以后说明的贯通电极(矽穿封装孔TPV)电气地连接。此外，温度传感器150、电源元件160和无源元件170也与布线基板110和半导体封装120A?120E电气连接。另外，在半导体封装120E的顶面形成用于安装温度传感器150、电源元件160和无源元件170的安装盘11A。此外，根据需要，形成电气连接贯通电极和安装盘IlA的布线。
[0028]图2是层叠的半导体封装120A?120E的剖面图。另外，在图2中，省略了半导体封装120A?120E以外的图示。以下，参照图2说明半导体封装120A?120E的层叠结构。
[0029]半导体封装120A?120E具有用密封树脂12密封在各个布线基板2之上层叠的多个半导体芯片6的结构。此外，各布线基板2在表面2a具有第I布线层3，在背面2b具有第2布线层4。半导体封装120A?120D的各布线基板2的表面2a的中央部附近变成半导体芯片6的装载区域。
[0030]第I布线层3和第2布线层4经由通孔5电气连接。第I布线层3具有在芯片装载区域的周围配置的第I连接盘(未图示)和在比第I连接盘的更外周侧配置的第2连接盘(未图示)。第2布线层4具有被配置成与第2连接盘对应的第3连接盘(未图示)。
[0031]第I连接盘具有作为与在布线基板2之上装载的半导体芯片6的连接部的功能。第2和第3连接盘具有作为以后说明的突起电极的形成部的功能，并设置在除去半导体芯片6的装载区域以及与它对应的区域的外周区域。
[0032]在布线基板2的装载区域装载有半导体芯片6。各半导体芯片6具有沿着I个外形边排列的电极盘(未图示)。另外，在图2中，层叠了 5个半导体芯片6。但是，层叠半导体芯片6的个数没有特别限定(例如也可以是I个)。另外，在从半导体封装120A到120D中，NAND型闪存等半导体芯片作为半导体芯片6被层叠。此外，在半导体封装120E中，控制半导体存储器芯片的控制器芯片装载有I个或者多个半导体芯片7。
[0033]半导体芯片6被阶梯式地层叠，以使得电极盘露出。各半导体芯片6的导体芯片6的电极盘经由位于其附近的第I连接盘和金属线(Au线等)9电气地连接。另外，可以用通过喷墨印刷等形成的布线层(导体层)等连接半导体芯片6的电极盘和第I连接盘，也可以用微细的焊锡凸起连接。
[0034]在第I布线层3的第2连接盘之上形成了第I突起电极10。此外，在第2布线层4的第3连接盘之上形成了第2突起电极11。第I和第2突起电极10、11例如是焊锡球。在第2和第3连接盘之上分别装载了焊锡球进行回流焊，因此，能够用焊锡球(焊锡凸起)形成第I和第2突起电极10、11。另外，第I和第2突起电极10、11构成贯通电极(矽穿封装孔 TPV)ο
[0035]在布线基板2的第I面2a之上形成有将半导体芯片6和金属线9和/或第I突起电极10共同密封的树脂密封层12。树脂密封层12具有使第I突起电极10的一部分露出的凹部13。即，半导体芯片6和/或金属线9用树脂密封层12密封。但是，由于第I突起电极10具有作为外部连接端子的功能，因此其一部分从树脂密封层12的凹部13露出。
[0036]凹部13通过切削或者熔化与树脂密封层12的第I突起电极10相当的部分或者通过在用于树脂密封的裸片(Die)上设置与凹部13对应的凸起来形成。此外，第I和第2突起电极10、11的高度在层叠了半导体封装120A?120D时被设定成能够电气连接上下半导体封装间的高度。
[0037]g卩，半导体封装120A?120E通过连接下段侧的半导体封装的第I突起电极10和上段侧的半导体封装的第2突起电极11来电气地连接上下半导体封装间。
[0038]图3和图4是示出半导体存储装置100内的连接的示意图。如图3所示，密封了控制器芯片的半导体封装120E经由布线基板110的外部连接用端子ET与外部的主机连接。另外，在与主机的连接中使用了串行ATA、PCI总线等。半导体封装120E通过由参照图2说明的第I和第2突起电极10、11构成的贯通电极经由布线基板110与主机连接。
[0039]此外，在半导体封装120E上连接有作为无源元件170之一的晶体振荡器和温度传感器150。从无源元件170 (晶体振荡器)和温度传感器150经由由参照图2说明的第I和第2突起电极10、11构成的贯通电极分别输入时钟信号和所检测的温度。
[0040]此外，半导体封装120A?120E和电源元件160通过由参照图2说明的第I和第2突起电极10、11构成的贯通电极经由布线基板110与外部电源连接。电源元件160将经由布线基板110和贯通电极提供的电压进行降压和/或升压，变换成所希望的电压，并向半导体封装120A?120E提供。
[0041]如上所述，本实施方式所涉及的半导体存储装置100将密封了发热量多的控制器芯片的半导体封装120E配置在密封了半导体存储器芯片的半导体封装120A?120D的上段。即，将发热量多的半导体封装120E配置在最上段。因此，能够有效地对在半导体封装120E处产生的热进行散热。
[0042]此外，由于在半导体封装120E之上设置有散热板130，因此能够更有效地对在半导体封装120E处产生的热进行散热。此外，与控制器芯片一样，将发热量多的电源元件160配置在半导体封装120E之上。因此，能够有效地对在电源元件160处产生的热进行散热。
[0043]进一步地，具备检测半导体封装120E的温度的温度传感器150。因此，在半导体封装120E的温度超过了指定值(阈值)的情况下能够停止工作。其结果，半导体存储装置100能够抑制所谓的热失控。此外，由于在密封了发热量多的控制器芯片的半导体封装120E之上配置发热量多的电源元件160，并在该半导体封装120E之上配置温度传感器150，因此，能够以更高的精度抑制热失控。
[0044]实施方式的变形例
[0045]另外，在参照图1?图4说明的半导体存储装置100中，将电源元件160配置在密封了控制器芯片的半导体封装120E之上。但是，在半导体封装120E的大小比半导体封装120D小的情况下，如图5所示，可以将电源元件160配置在半导体封装120D之上。另外，在图5中，对与参照图1?图4说明的半导体存储装置100 —样的构成付与相同的符号。
[0046]此外，在参照图1?图4说明的半导体存储装置100中，对层叠了半导体封装120A?120E的POP结构的半导体存储装置进行了说明。但是，也可以层叠裸片而构成半导体存储装置。图6是层叠裸片而构成的半导体存储装置200的剖面图。另外，在以下的说明中，对与参照图1?图4说明的半导体存储装置100 —样的构成付与相同的符号，并省略重复的说明。
[0047]半导体存储装置200具备布线基板210、半导体芯片220A?220E、密封树脂230、散热板130、温度传感器150、电源元件160。另外，虽然在图6中未示出，但在布线基板210之上配置有电容器、电感、电阻、晶体振荡器等无源元件。
[0048]布线基板210例如是在使环氧树脂浸在玻璃纤维中的环氧玻璃纤维上形成布线的布线基板。布线基板210在表面210a具有第I布线层211，在背面210b具有第2布线层212。此外，布线基板210具有电气连接第I布线层211和第2布线层212的贯通孔213。布线基板210的表面210a的中央部附近变成半导体芯片220A?220E的装载区域。
[0049]半导体芯片220A?220D例如是闪存(flash memory)等存储器芯片。此外，半导体芯片220E是控制作为存储器芯片的半导体芯片220A?220D的控制器芯片。在半导体芯片220A?220D上分别形成有垂直贯通内部的贯通电极220b和凸块220a。此外，在半导体芯片220D之上形成有再布线220c。
[0050]密封树脂230密封半导体芯片220A?220E。此外，在密封树脂230中，在通过激光等形成的通孔中填充金属(例如，Cu、Au、Ag、N1、Pd、Sn),形成通孔导体230a。进一步地，在密封树脂230的顶面形成有用于安装温度传感器150、电源元件160和无源元件170的安装盘230b。此外，根据需要，形成电气连接贯通电极和安装盘230b的布线。
[0051]半导体芯片220A?220E经由各贯通电极220b和凸块220a、再布线层220c而彼此电气连接。此外，温度传感器150、电源元件160和无源元件170经由在密封树脂230上形成的通孔导体230a和/或安装盘230b与半导体芯片220A?220E和/或布线基板210连接。
[0052]密封树脂230密封半导体芯片220A?220E。另外，与参照图1?图4说明的半导体存储装置100 —样，为了降低热电阻，在散热板130与密封树脂230间设置金属薄膜，或者也可以涂敷导电性油脂。
[0053]另外，在参照图1?图5说明的半导体存储装置100中，在各半导体封装120A?120E内密封的半导体芯片通过金属线9电气连接。但是，也可以将在半导体存储装置100的各半导体封装120A?120E内密封的半导体芯片经由如图6所示的贯通电极220b和凸块220a彼此电气连接。
[0054]其它实施方式
[0055]如上所述，对本发明的几个实施方式进行了说明，但上述实施方式是作为例子提出的，并部意味着限定发明的范围。上述实施方式可以在其它各种形式下实施，在不改变发明的主旨的范围下可以进行各种省略、替换、改变。这些实施方式和/或变形被包含在发明的范围和/或主旨中，并且也包含在权利要求所记载的发明及其等同的范围中。
【权利要求】
1.一种半导体存储装置，包括: 半导体存储器； 控制器，其被配置在上述半导体存储器之上，控制上述半导体存储器； 电源元件，其被配置在上述半导体存储器之上或者上述控制器之上，向上述半导体存储器和上述控制器的至少一方提供电力； 温度传感器，其被配置在上述控制器之上，检测上述控制器的温度；以及 散热装置，其被配置在上述控制器之上； 其中，上述半导体存储器包括:半导体存储器芯片、密封上述半导体存储器芯片的密封树脂和第I外部连接端子； 上述控制器包括:控制器芯片、密封上述控制器芯片的密封树脂和第2外部连接端子； 上述第I外部连接端子和上述第2外部连接端子电气连接。
2.—种半导体存储装置，包括: 半导体存储器；以及 控制器，其被配置在上述半导体存储器之上，控制上述半导体存储器。
3.根据权利要求2所述的半导体存储装置，还包括:电源元件，其被配置在上述半导体存储器之上或者上述控制器之上，向上述半导体存储器和上述控制器的至少一方提供电力。
4.根据权利要求2或3所述的半导体存储装置，还包括:温度传感器，其被配置在上述控制器之上，检测上述控制器的温度。
5.根据权利要求2或3所述的半导体存储装置，还包括:散热装置，其被配置在上述控制器之上。
【文档编号】H01L23/373GK104051374SQ201310346534
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2013年8月9日 优先权日:2013年3月15日
【发明者】青木秀夫, 松浦永悟 申请人:株式会社 东芝