JP2002009228A

JP2002009228A - 半導体装置

Info

Publication number: JP2002009228A
Application number: JP2000185172A
Authority: JP
Inventors: Yoichiro Kondo; 陽一郎近藤
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2000-06-20
Filing date: 2000-06-20
Publication date: 2002-01-11

Abstract

(57)【要約】【課題】組立て段階における放熱対策が容易で、レイア
ウト自由度の高いフレキシブル回路基板を用いた３次元
実装モジュール構成の半導体装置を提供する。【解決手段】フレキシブル回路基板１１の実装領域１１
１，１１２，１１３にはそれぞれ主に電子部品１２１，
１２２，１２３が各対応して実装されている。フレキシ
ブル回路基板１３は、ベース領域１１０上方に各実装領
域１１１〜１１３が放熱性を考慮した順番（ｆ１〜ｆ
３）で折り重ねられるように構成されている。電子部品
１２２は、動作する上で最も放熱の度合いが小さいＩＣ
であり、電子部品１２２，１２３は、電子部品１２２よ
りも動作する上で放熱の度合いが大きいＩＣである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フレキシブル回路
基板を用いた半導体装置に係り、特に安価で小型化、薄
型化、軽量化が要求される３次元実装モジュールを構成
する半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】フレキシブル回路基板は、リジッド回路
基板と違って柔らかく、変形可能な利点がある。これに
より、ＩＣの高密度実装、モジュールのコンパクト化に
有利である。すなわち、フレキシブル回路基板は、ＴＣ
Ｐ（Tape Carrier Package）やＣＯＦ（Chip On Flexib
leまたはFilm）等に利用され、特に、各種メディア機器
の小型化には必要不可欠である。

【０００３】また、メディア機器の小型化、薄型化、軽
量化の実現には、システムＬＳＩの技術も重要である。
システムＬＳＩは、周辺回路のＬＳＩを取り込みながら
１チップ化への技術を着実に進歩させている。しかし、
システムＬＳＩの開発においては、長い開発期間と、異
種プロセス混合によるチップコスト上昇を招くことにな
る。これにより、メディア機器が要望する短納期、低コ
ストを満足できないのが現状である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述の理由により、３
次元実装を主体とするシステム機能実装の要求が高ま
り、システムＬＳＩと実装技術の統合が重要になってき
た。メディア機器産業では、周波数（高速化）と納期
（短納期）で成長の度合いが決められる。このため、内
蔵されるＬＳＩも、実装やパッケージ技術によって可能
な限り接続長、配線長を短縮しなければならない。この
ような理由から、３次元実装モジュールは様々な工夫が
なされ実用化の段階に入ってきている。

【０００５】例えば、３次元実装モジュールは、従来、
次のような構成が実用化、あるいは実用化段階にある。
まず、（Ａ）として、ＴＣＰ（Tape Carrier Package）
を積層し、チップ積層間の接続はＴＣＰのアウターリー
ドで達成する。また、（Ｂ）として、ＴＣＰの積層間に
配線用の枠体を配備して、チップ積層間の接続を達成す
る。その他、（Ｃ）として、チップレベルで積層し、チ
ップ積層間を導電材で接続したもの等、様々な技術があ
る。

【０００６】このような従来技術によれば、チップ積層
間は、何らかのインタポーザを介して電気的に接続され
る必要がある。このようなインタポーザ間の接続構成
は、上記（Ａ）や（Ｃ）のような、外部で接続する構成
と、上記（Ｂ）のような、内部で接続する構成がある。
いずれにしても、チップ積層間は、距離が短く、チップ
どうしが接近している構成となる。

【０００７】これら３次元実装モジュールの構造上、高
速動作ＩＣ、消費電力の大きなＩＣを搭載する場合、そ
の発熱によって自己のＩＣ及び他の積層ＩＣが誤動作し
てしまう恐れがある。これにより、放熱対策が重要にな
ってきており、配線設計から考慮に入れていかなければ
ならない。

【０００８】本発明は上記のような事情を考慮してなさ
れたもので、３次元への組立て段階における放熱対策の
容易な、かつレイアウトの自由度の高いフレキシブル回
路基板を用いた３次元実装モジュール構成の半導体装置
を提供しようとするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
ベース領域及びその周辺に連設された１つ以上の実装領
域を有し、ベース領域上方に各実装領域が折り重ねられ
るように形成されたフレキシブル回路基板と、前記実装
領域に対応して実装された電子部品と、前記電子部品を
保護するように設けられそれぞれ所定の外形枠を構成す
る積層支持体と、前記積層支持体とフレキシブル回路基
板が前記ベース領域上方に重なり前記電子部品を積層し
固定するための接着部材とを具備し、前記電子部品のう
ち発熱が小さいものに比べて大きいものを積層方向でよ
り外側の配置としたことを特徴とする。

【００１０】本発明の半導体装置によれば、フレキシブ
ル回路基板に電子部品を実装した時点で、モジュール製
品としての動作が可能である。このことは、電子部品の
積層順序が配線設計自体と厳密な関係を持たずに決定で
きることを意味する。これにより、発熱の小さいものに
比べて大きいものを積層方向でより外側の配置にレイア
ウト制御する。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ
本発明の第１実施形態に係る半導体装置の構成を組み立
て順に示す概観図である。図１（ａ）に示すように、フ
レキシブル回路基板１１は、ベース領域１１０とその周
辺に連設された実装領域１１１，１１２，１１３を有
し、保護膜下に所定の導電パターン（図示せず）が形成
されている。また、ベース領域１１０に連接された領域
に外部端子部１１５が設けられている。外部端子部１１
５は、ここではコネクタ端子である。

【００１２】フレキシブル回路基板１１において、実装
領域１１１，１１２，１１３にはそれぞれ主に電子部品
１２１，１２２，１２３が各対応し、フェイスダウン実
装されている。電子部品１２１，１２２，１２３は、メ
モリチップやシステムＬＳＩチップ、コントロールユニ
ットその他様々考えられる。

【００１３】このような電子部品１２１，１２２，１２
３のフェイスダウン実装としては、例えば、上記各電子
部品のバンプ電極とフレキシブル回路基板１１の所定の
導電パターンとのハンダ付けが考えられる。また、ＡＣ
Ｆ（異方性導電フィルム）による接続も考えられる。す
なわち、上記各電子部品のバンプ電極とフレキシブル回
路基板１１の所定の導電パターンとの間にＡＣＦ（異方
性導電フィルム）を介在させ加熱圧着する。これによ
り、ＡＣＦ中の導電粒子によって各電子部品１２１，１
２２，１２３とフレキシブル回路基板１１の導電パター
ンとの必要な電気的接続が得られる。その他、ＡＣＰ
（異方性導電ペースト）接合、絶縁樹脂の収縮力によっ
て電気的接続を得るＮＣＰ接合、バンプによる金−金、
金−錫などの金属共晶接合など、様々考えられる。ま
た、場合によってはワイヤボンディング方式を用いるフ
ェイスアップ実装も適用可能である。さらに、極薄のＩ
Ｃパッケージの実装も考えられ、電子部品の実装形態は
別段限定されることはない。

【００１４】フレキシブル回路基板１１は、ポリイミド
のような自由に折り曲げることのできる柔らかい基材で
構成されている。フレキシブル回路基板１１は、ベース
領域１１０上方に各実装領域１１１〜１１３が放熱性を
考慮した所定の順番（ｆ１〜ｆ３）で折り重ねられるよ
うに構成されている。

【００１５】このフレキシブル回路基板１１において、
各実装領域１１１〜１１３上の電子部品１２１，１２
２，１２３のうち、発熱の小さいものに比べて大きいも
のが、積層方向でより外側の配置となるように実装され
ている。すなわち、図１（ｂ），（ｃ），（ｄ）の順番
（ｆ１〜ｆ３）で折り重ねられるなら、電子部品１２２
は、動作する上で最も放熱の度合いが小さいＩＣであ
り、電子部品１２１，１２３は、電子部品１２２よりも
動作する上で放熱の度合いが大きいＩＣである。

【００１６】このフレキシブル回路基板１１には、実装
領域の折り重ねの際、積層支持体、いわゆるスペーサ１
３（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ）が固着される。スペーサ
１３は、上記電子部品１２１〜１２３の積層を保護すべ
く、それぞれ所定の厚さの外形枠を有するものである。

【００１７】スペーサ１３に関し、ここでは、電子部品
１２１の保護のため一番始めに配されるスペーサを１３
ａとし、図１（ａ）に示している。さらに、実装領域１
１１が折り重ねられ、その上に配される、電子部品１２
２保護のためのスペーサを１３ｂとして、図１（ｂ）に
示している。さらに、実装領域１１２が折り重ねられ、
その上に配される、電子部品１２３保護のためのスペー
サを１３ｃとして、図１（ｃ）に示している。最後に図
１（ｄ）のように、実装領域１１３が折り重ねられ、電
子部品１２３はスペーサ１３ｃにより保護される。

【００１８】スペーサ１３（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ）
は、例えば、リフロー耐熱性を考慮したポリイミド樹脂
の成形品や、両面テープを複数貼り合わせた複合加工品
等でなるコンビネーションテープで構成することが考え
られる。また、金属製部材（例えばアルミ、ステンレ
ス、銅等）も使用可能である。その場合、必要に応じて
絶縁処理を行ってもかまわない。各スペーサ１３は、図
示しない接着部材（両面テープや接着剤など）によりフ
レキシブル回路基板１１の間に固着される。

【００１９】なお、図示しないが、上記電子部品１２
１，１２２，１２３に関係する小型の電子部品（周辺素
子）も幾つか実装されることも考えられる。例えばチッ
プコンデンサやチップ抵抗等である。さらにはクロック
生成に必要なクリスタルも実装されることがある。これ
らの周辺素子も実装する上でスペーサ１３によって保護
される。

【００２０】上記３次元モジュールの構成によれば、図
１（ｄ）に示すように、電子部品１２２に比べ、動作す
る上で発熱量の大きい電子部品１２１は、積層下部に配
される。電子部品１２１は、積層下部に配されることに
よって実装メイン基板側のパターンに放熱し易くなる。
また、電子部品１２２に比べ、動作する上で発熱量の大
きい電子部品１２３は、積層上部に配される。電子部品
１２３は、積層上部に配されることによって周辺大気中
に放熱し易くなる。

【００２１】これにより、高速動作、大きな消費電力を
有する発熱量の大きいＩＣが、積層中間部位に配される
ことなく、モジュール製品の放熱性能が格段に向上す
る。この結果、モジュール製品におけるＩＣの処理スピ
ードをより高速化することができる。

【００２２】本発明の３次元モジュールの構成によれ
ば、フレキシブル回路基板に電子部品が実装された時点
で、モジュール製品としての動作が可能になっている。
これにより、従来技術で述べた３次元モジュールと比較
すると、電子部品の積層順序は、配線設計自体と厳密な
関係を持たずに決定できる。すなわち、各実装領域１１
１〜１１３それぞれが順に折り重ねられるための折り代
の領域をどれくらい取るかを考慮しておけばよいだけで
ある。従って、発熱量の小さいＩＣに比べて発熱量の大
きいＩＣを、積層方向でより外側の配置にするという動
作高速化、高信頼性を配慮したレイアウトが可能とな
る。

【００２３】例えば、ＩＣチップを積み重ねるスタック
ド・パッケージなどでは組み合わせるＩＣの大きさやＩ
Ｃ端子位置、配線設計など様々な制約がある。これに対
して本発明に係る３次元実装モジュールは、ＩＣの種
類、組み合わせの自由度が広く、放熱性能をも考慮した
ＩＣの積層レイアウトが実現できる。また、複数の周辺
素子まで実装できる点を考慮すれば、電気特性的にも最
適なモジュール化が可能である。

【００２４】図２は、本発明の第２実施形態に係る半導
体装置の構成であり、組立後の３次元実装モジュールの
概略構成を示す任意の断面図である。前記図１と同様の
箇所には同一の符号を付す。

【００２５】この第２実施形態では、前記図１の構成の
３次元実装モジュールにおいて、フレキシブル回路基板
１１最上層である実装領域１１３の裏面に放熱フィン２
０１が固定されている。上記電子部品１２１，１２２，
１２３に関係する小型の電子部品（周辺素子）も幾つか
実装されている構成を示した。例えば複数の電子部品１
２４はチップコンデンサやチップ抵抗等、電子部品１２
５は、クロック生成に必要なクリスタル等である。ま
た、スペーサ１３（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ）は保護対
象の周辺素子に応じた形状を有し、フレキシブル回路基
板１１上において要所が接着部材（両面テープ材や接着
剤）によって固着されている。その他の構成は上述の第
１実施形態と同様であるため説明は省略する。

【００２６】すなわち、上記３次元モジュールの構成に
よれば、電子部品１２２に比べ、動作する上で発熱量の
大きい電子部品１２１は、積層下部に配される。電子部
品１２１は、積層下部に配されることによって、実装メ
イン基板側のパターンに放熱し易くなる。また、電子部
品１２２に比べ、動作する上で発熱量の大きい電子部品
１２３は、積層上部に配される。電子部品１２３は、積
層上部に配されることによって放熱フィン２０１を介し
て周辺大気中に放熱し易くなる。

【００２７】これにより、前記第１実施形態と同様の効
果が得られる。すなわち、高速動作、大きな消費電力を
有する発熱量の大きいＩＣが、積層中間部位に配される
場合と比較して放熱性能が格段に向上する。従来の３次
元モジュール製品と比較してＩＣの種類、組み合わせの
自由度が広く、放熱性能をも考慮したＩＣの積層レイア
ウトが実現できる。また、複数の周辺素子まで実装でき
る点を考慮すれば、電気特性的にも最適なモジュール化
が可能である。

【００２８】図３は、本発明の第３実施形態に係る半導
体装置の構成であり、組立後の３次元実装モジュールの
概略構成を示す任意の断面図である。前記図２と同様の
箇所には同一の符号を付す。

【００２９】この第３実施形態においては、前記第２実
施形態に比べて、フレキシブル回路基板５１が異なって
いる。図示のように、フレキシブル回路基板５１はベー
ス領域１１０にも電子部品１２６が実装される形態とな
っている。これにより、スペーサ１３は、電子部品１２
６に応じてベース領域１１０上にも設けている（スペー
サ１３ｉ）。

【００３０】上記電子部品１２６上方に各電子部品１２
１〜１２３が順に積層されることになる。この実施例に
おいても、電子部品１２１，１２２，１２３，１２６の
うち、発熱の小さいものに比べて大きいものが積層方向
でより外側の配置となるように実装されている。すなわ
ち、電子部品１２６，１２３は、電子部品１２２，１２
３よりも動作する上で放熱の度合いが大きいＩＣであ
る。

【００３１】また、電子部品１２６と電子部品１２１と
の間には互いの空気層を遮断する薄い絶縁材２０２が設
けられていてもよい。電子部品１２６の発する熱が放熱
効果の少ない電子部品１２１に及ぼす影響の軽減、互い
の電気的ショートの防止、衝撃などの外力に対する保
護、といった効果に寄与する。

【００３２】上記３次元モジュールの構成によれば、電
子部品１２１や１２２に比べ、動作する上で発熱量の大
きい電子部品１２６を積層最下部に配する。電子部品１
２６は、積層下部に配されることによって実装メイン基
板側のパターンに放熱し易くなる。また、電子部品１２
１や１２２に比べ、動作する上で発熱量の大きい電子部
品１２３は、積層上部に配される。電子部品１２３は、
積層上部に配されることによって放熱フィン２０１を介
して周辺大気中に放熱し易くなる。もちろん、電子部品
１２３の放熱性能が満足できるなら実装領域１１３の裏
面に放熱フィン２０１を設けない構成でもかまわない。

【００３３】上記構成によれば、前記第１実施形態と同
様の効果が得られる。すなわち、高速動作、大きな消費
電力を有する発熱量の大きいＩＣが、積層中間部位に配
されることなく、放熱性能が格段に向上する。従来の３
次元モジュール製品と比較してＩＣの種類、組み合わせ
の自由度が広く、放熱性能をも考慮したＩＣの積層レイ
アウトが実現できる。また、複数の周辺素子まで実装で
きる点を考慮すれば、電気特性的にも最適なモジュール
化が可能である。

【００３４】図４（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ本発明の
第４実施形態に係る半導体装置の構成を組み立て順に示
す概観図である。前記第１実施形態と同様の箇所には同
一の符号を付して説明は省略する。

【００３５】この第４実施形態においては、前記第１実
施形態に比べて、フレキシブル回路基板６１が異なって
いる。図示のように、フレキシブル回路基板６１のベー
ス領域１１０の裏面において、外部端子部（例えばボー
ル電極）６２が設けられている。すなわち、前記第１実
施形態（図１）で示した外部端子部１１５を、コネクタ
端子の代りにアレイタイプの電極（６２）とした構成と
なっている。

【００３６】実装領域（１１１〜１１３）を配したフレ
キシブル回路基板６１の主表面において、図示しない外
部端子に相当する導電パターンの端部は、ビアパターン
（図示せず）を介して外部端子部（ボール電極）６２に
接続されている。

【００３７】この実施例においても、電子部品１２１，
１２２，１２３のうち、発熱の小さいものに比べて大き
いものが積層方向でより外側の配置となるように実装さ
れている。すなわち、図４（ｂ），（ｃ），（ｄ）の順
番（ｆ１〜ｆ３）で折り重ねられるなら、電子部品１２
２は、動作する上で最も放熱の度合いが小さいＩＣであ
り、電子部品１２２，１２３は、電子部品１２２より
も、動作する上で放熱の度合いが大きいＩＣである。

【００３８】スペーサ１３は、電子部品１２１〜１２３
に応じて設けている。これにより、フレキシブル回路基
板６１は、スペーサ１３を伴って放熱を考慮した所定の
順で折り重ねられ、各電子部品１２１〜１２３が前記第
１実施形態のときと同様に積層固定される（図４
（ｄ））。

【００３９】なお、電子部品１２１〜１２３は必要に応
じて予め熱硬化タイプなどの接着手段でフレキシブル回
路基板６１に固定しておいてもよい。例えば、スペーサ
１３（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ）を固着後、底部の各フ
レキシブル回路基板の上に適量の樹脂材２０３を滴下し
ておく。これにより、電子部品１２１〜１２３の固定を
サポートする。これは、３次元モジュールとして、メイ
ン基板にリフローハンダ実装される際、例えばハンダ接
合した電子部品の落下防止に寄与する。このような接着
手段は、温度条件や電子部品の質量に依存するため、必
ずしも必要な条件ではない。いずれにしてもスペーサ１
３に干渉しないように所定の電子部品が接着されること
が望ましい。

【００４０】なお、ベース領域１１０の周辺である四辺
全てに各実装領域が設けられる構成も十分考えられる。
その場合も、適当なスペーサを伴い各電子部品が放熱の
度合いを考慮した所定の順番で積層され、前記第１実施
形態のときと同様に固定される。

【００４１】上記構成によれば、第１実施形態と同様、
電子部品１２２に比べ、動作する上で発熱量の大きい電
子部品１２１は、積層下部に配される。電子部品１２１
は、積層下部に配されることによって実装メイン基板側
のパターンに放熱し易くなる。また、電子部品１２２に
比べ、動作する上で発熱量の大きい電子部品１２３は、
積層上部に配される。電子部品１２３は、積層上部に配
されることによって周辺大気中に放熱し易くなる。もち
ろん、前記第２実施形態と同様に、実装領域１１３の裏
面に放熱フィン（２０１）を設ける形態をとってもよ
い。

【００４２】これにより、前記第１実施形態と同様の効
果が得られる。すなわち、高速動作、大きな消費電力を
有する発熱量の大きいＩＣが、積層中間部位に配される
場合と比較して放熱性能が格段に向上する。従来の３次
元モジュール製品と比較してＩＣの種類、組み合わせの
自由度が広く、放熱性能をも考慮したＩＣの積層レイア
ウトが実現できる。また、複数の周辺素子まで実装でき
る点を考慮すれば、電気特性的にも最適なモジュール化
が可能である。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように本発明の半導体装置
によれば、放熱性を考慮した折り重ね形態をもってフレ
キシブル回路基板に電子部品を実装する。これにより、
３次元実装モジュールにする。３次元実装モジュールへ
の組み立て以前に配線は完成しており、積層順序は配線
設計自体と厳密な関係を持たずに決定できる。従って、
発熱量の小さいＩＣに比べて発熱量の大きいＩＣを、積
層方向でより外側の配置にするという動作高速化、高信
頼性を配慮したレイアウトが可能となる。この結果、３
次元への組立て段階における放熱対策の容易な、かつレ
イアウトの自由度の高いフレキシブル回路基板を用いた
３次元実装モジュール構成の半導体装置をを提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ本発明の第１実施
形態に係る半導体装置の構成を組み立て順に示す概観図
である。

【図２】本発明の第２実施形態に係る半導体装置の構成
であり、組立後の３次元実装モジュールの概略構成を示
す任意の断面図である。

【図３】本発明の第３実施形態に係る半導体装置の構成
であり、組立後の３次元実装モジュールの概略構成を示
す任意の断面図である。

【図４】（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ本発明の第４実施
形態に係る半導体装置の構成を組み立て順に示す概観図
である。

【符号の説明】

１１，５１、６１…フレキシブル回路基板１１０…ベース領域１１１，１１２，１１３…実装領域１１５，６２…外部端子部１２１，１２２，１２３，１２４、１２５，１２６…電
子部品１３…スペーサ２０１…放熱フィン２０２…絶縁材２０３…樹脂材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０５Ｋ 1/02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ベース領域及びその周辺に連設された１
つ以上の実装領域を有し、ベース領域上方に各実装領域
が折り重ねられるように形成されたフレキシブル回路基
板と、前記実装領域に対応して実装された電子部品と、前記電子部品を保護するように設けられそれぞれ所定の
外形枠を構成する積層支持体と、前記積層支持体とフレキシブル回路基板が前記ベース領
域上方に重なり前記電子部品を積層し固定するための接
着部材とを具備し、前記電子部品のうち発熱が小さいも
のに比べて大きいものを積層方向でより外側の配置とし
たことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】前記フレキシブル回路基板は、前記ベー
ス領域の周辺に連設された外部端子領域をさらに含むこ
とを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】前記フレキシブル回路基板は、前記ベー
ス領域下方側の面に設けられた外部端子領域をさらに含
むことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項４】積層最上層の前記電子部品が実装された
前記フレキシブル回路基板の裏面に取り付けられた放熱
用部材をさらに具備することを特徴とする請求項１〜３
いずれか一つに記載の半導体装置。
【請求項５】前記ベース領域にも電子部品が実装され
る形態をさらに具備することを特徴とする請求項１〜４
いずれか一つに記載の半導体装置。