JP2003158214A - 半導体モジュール - Google Patents
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Abstract
含む実装面積を小さくする。 【解決手段】 半導体素子11と、この半導体素子11
の一方の面11a側に設けられるとともに、半導体素子
11と略等しい大きさを有する配線部12とを有し、こ
の配線部12には半導体素子11の端子16と端子17
間を接続する回路13、或いは半導体素子11の端子1
8と外部端子19との間を接続する回路14の少なくと
も一方を含む構成としたものである。これにより、半導
体モジュールの小型化を図ることができる。
Description
に関するものである。
られた従来の電子装置について説明する。従来の電子装
置は図8に示すようにプリント基板1と、このプリント
基板1に装着された半導体素子2と、チップ部品3或い
は空芯コイル4等で構成されていた。半導体素子2の信
号をプリント基板1に構成される他の回路と接続するに
は、それぞれ適したインターフェイス回路が必要であ
り、そのためにチップ部品3や空芯コイル4を使用しそ
のインターフェイス回路を構成していた。
な従来の構成では、プリント基板1を占有する面積は半
導体素子2の占める面積はもちろんのことインターフェ
イス回路としてのチップ部品3や空芯コイル4などで形
成するインターフェイス回路の部品が占める場所も必要
であり、半導体素子2自体は小さいにも係わらず結果と
して多くの実装面積を必要としていた。
で、インターフェイス回路の占有する実装面積を除去し
た半導体モジュールを提供することを目的としたもので
ある。
に本発明の半導体モジュールは、半導体素子と、この半
導体素子の一方の面側に設けられるとともに、前記半導
体素子と略等しい大きさを有する配線部とを有し、前記
配線部には前記半導体素子の第1の端子と第2の端子間
を接続する第1の回路、或いは前記半導体素子の第3の
端子と外部端子との間を接続する第2の回路の少なくと
も一方を含むものである。これにより、インターフェイ
ス回路の占有面積が除去され、全体としての回路の小型
化が可能になる。
は、半導体素子と、この半導体素子の一方の面側に設け
られるとともに、前記半導体素子と略等しい大きさを有
する配線部とを有し、前記配線部には前記半導体素子の
第1の素子と第2の端子間を接続する第1の回路、或い
は前記半導体素子の第3の端子と外部端子との間を接続
する第2の回路の少なくとも一方を含む半導体モジュー
ルであり、このように半導体素子の端子間でインターフ
ェイス回路である第1の回路或いは半導体素子と外部回
路間でのインターフェイス回路である第2の回路全てを
半導体素子と略等しい大きさを有する配線部に形成し、
これを半導体素子の一方の面に形成しているので回路の
小型化を図ることができる。
つのモジュールとしているので、取り扱いが非常に容易
になる。さらに、同じ半導体素子であっても、入力信号
に処理を加えて出力する第1の回路、或いは第2の回路
を変更することによって、種々の外部回路への対応が可
能になる。
回路又は第2の回路は、パターンで形成されたインダク
タンス、或いはパターンで形成されたキャパシタンスか
ら成る請求項1記載の半導体モジュールであり、パター
ンで形成されているので、その厚みを薄くすることがで
きる。また、パターンで形成されているので、印刷等に
より形成が可能なため、安価に形成することが可能であ
る。更に、例えば半導体素子の端子位置間隔が狭かった
としても、広くすることもできるので、外部回路との接
続が容易となるものである。
ス又はキャパシタンスは、レーザトリミングによりその
値を調整可能とした請求項1記載の半導体モジュールで
あり、第1の回路或いは第2の回路に用いられているイ
ンダクタンス又はキャパシタンスをレーザトリミングす
ることにより、インダクタンス又はキャパシタンスを調
整し、半導体素子のばらつきを吸収することができる。
従って、安定した半導体モジュールを供給することがで
きる。
は第2の回路は、チップ部品で形成された請求項1記載
の半導体モジュールであり、このチップ部品の定数を取
り替えることにより、第1の回路或いは第2の回路に形
成されたインターフェイスの値を容易に変更することが
できる。またチップ部品を用いているので、放熱効果も
容易に持たせることができる。
れる回路は凹版転写にて形成された請求項1記載の半導
体モジュールであり、配線部の回路が凹版転写されてい
るので、形成されたパターンの形状、幅等は原版を精密
に再現することができる。従って、エッチング技術に比
べてその精度が向上するので、特に高周波回路に用いた
場合安定した回路を得ることが可能となる。
の絶縁体で形成されるとともに、これらの絶縁体には導
体に直接形成された接続バンプが設けられており、この
バンプを隣接した導体に圧接することにより各層を接続
する請求項1記載の半導体モジュールであり、導体に直
接形成された接続バンプが隣接した導体に圧接により導
通されているので、配線部層間の接続を容易かつ安価に
形成することが可能である。
線膨張係数は、半導体素子の線膨張係数より大きくする
とともに、その外部に設けられる被装着物の線膨張係数
より小さくした請求項1記載の半導体モジュールであ
り、これにより半導体素子と外部に設けられる被装着物
の線膨張係数が異なっていたとしても、配線部が熱サイ
クル等による半導体素子と被装着物との伸び縮みの差を
吸収することができる。従って、配線部がその半導体モ
ジュールと被装着物間を接合するはんだに対する応力を
緩和し、はんだクラックの発生を防ぐことが可能にな
る。
形成するとともに、これらの複数層を形成する絶縁物の
線膨張係数は、半導体素子からその外部に設けられた装
着物に向かってその線膨張係数を順次大きくした請求項
7記載の半導体モジュールであり、このように複数層の
線膨張係数を順次変化させることにより、配線部は熱サ
イクル等による半導体素子と被装着物との伸び縮みの差
を、より吸収し易くなる。従って、配線部がその半導体
モジュールと被装着物間を接合するはんだに対する応力
を緩和し、はんだクラックの発生を防ぐことが可能にな
る。
形成されるとともに、半導体素子と前記配線部に形成さ
れる回路との間にはグランド層が挿入された請求項1記
載の半導体モジュールであり、このように配線部内の回
路と半導体素子との間にグランド層が挿入されているの
で、お互いに影響を受け難い。
ューナ回路を形成するとともに、第1の回路をフィルタ
回路とし、このフィルタ回路が半導体素子に接続された
請求項1記載の半導体モジュールであり、フィルタを配
線部に形成するので、Qの大きなフィルタを形成するこ
とができる。しかも一体化されたモジュールであるの
で、その取り扱いが容易である。
はフィルタ回路であり、このフィルタ回路を介して半導
体素子に入力或いは出力される請求項1記載の半導体モ
ジュールであり、フィルタを設けることができるので、
半導体素子へノイズの入るのを防止することができる。
は分配器であり、半導体回路の出力が、前記分配器を介
して出力される請求項1記載の半導体モジュールであ
り、分配器を用いているので出力の多出力が可能とな
る。従って、外部回路との配線が容易になる。
いて説明する。
形態1における半導体モジュールのブロック図を示す。
図1において、11は半導体素子であり、この半導体素
子11の一方の面11aには半導体素子11とほぼ大き
さの等しい配線部12が設けられている。そしてこの配
線部12には、回路13と回路14と回路15が設けら
れている。半導体素子11の端子16は回路13に接続
されるとともに、回路13の出力は半導体素子11の端
子17に接続されている。
回路14の入力に接続されるとともに第2の回路14の
出力は配線部12に設けられた外部端子19に接続され
ている。また配線部12に設けられた外部端子20は、
回路15を介して半導体素子11の端子21に接続され
ている。
あるいは端子23は配線部12を介してそれぞれ直接外
部端子24と外部端子25とに接続される。
は、はんだバンプとしている。なお、半導体素子11の
一方の面とは、配線部12に接する面であり、端子1
6,17,18,21,22,23等の導出方向をい
う。
の一例として用いた)への装着は、まずプリント基板に
クリームはんだを塗布し、本発明の半導体モジュールを
所定の場所に実装する。そしてその後、リフロー炉にて
加熱し、このはんだバンプを溶融させ、プリント基板と
接合する。
半導体素子端子同士でのインターフェイス回路として回
路13、あるいは回路14、回路15などを形成するこ
とができるので、この半導体モジュールを被装着物であ
るプリント基板に装着した場合、全体として小型化を図
ることができる。
で、その取り扱いが容易である。更に同じ半導体素子で
あっても、回路14や回路15を変更することによっ
て、種々の外部回路への対応が可能になる。
配線された配線部12の平面図である。図2において、
例えば半導体素子11の端子26と、半導体素子11の
端子27との間に導体で形成されたパターン28a,2
8bが設けられ、これらのパターンでコンデンサを形成
している。なお点線は配線部12を複数層で形成した場
合の他層に形成された導体を表している。
導体とチップ部品29とをリフロー等を行い半田付けす
ることにより、配線部12上にインターフェイス回路を
形成している。また、30は導体で形成されたインダク
タであり、このインダクタ30も配線部12上に設けら
れている。
4はリフローはんだ付けで実装可能なように0.2mm
以上としている。しかしこれらの端子31,32に接続
される半導体素子11のパッドのピッチ間隔33が0.
15mm以下と狭く、そのままでは外部のプリント基板
にはんだ等で接続出来ない場合に、その端子間のピッチ
間隔33をそのピッチ間隔33以上のピッチ間隔34へ
変換して出力することにより容易に実装化能としたもの
である。
ンでコンデンサ28a,28bあるいはインダクタ30
等を形成することができるので、薄い製品を実現するこ
とができる。また、これら配線部12中の導体は凹版転
写或いは厚膜印刷やエッチング又は蒸着等の量産性に適
した印刷法を利用して成形することができるので、非常
に安価に成形することができる。
設けられる絶縁層についてはプリプレグ等の基板材料や
ポリイミドなどのフィルムを使用することも、導体と同
様に凹版転写や厚膜印刷などで形成することも可能であ
る。
キャパシタの要部回路図であり、インダクタンスやキャ
パシタンスを調整する場合に用いるものである。すなわ
ち入力35と出力36の間にパターン37を形成し、こ
のパターン37に対向したパターン38の一方をグラン
ドに接続し、他方の一部に形成された切断部39をレー
ザトリミングで切断することによりパターン37とパタ
ーン38間の容量を変化させることが可能となる。この
場合は同一層でキャパシタの容量を調整するコンデンサ
を形成している。この場合は、同一層でキャパシタの容
量が調整できるコンデンサを形成している。
ン42でインダクタンスを形成し、このパターン42の
一部の切断部43をレーザトリミングで切断することに
よりパターン42のインダクタンスを調整することが可
能になる。このように調整機能を持たすことにより、半
導体素子11のばらつきを吸収することができ、安定し
た半導体モジュールを供給することができる。
図を示している。図4において、半導体素子11の一方
の面11aに設けられた配線部12上にチップ部品30
や電力増幅回路など放熱を要する他の半導体素子45が
リフローはんだ付け等で装着され、絶縁体47内に埋設
されている。ただし半導体素子45の天面45aのみは
放熱のため配線部12から露出している。また、配線部
12は複数層で構成されており、半導体素子11の回路
と配線部12内の回路との間にはグランド層46が設け
られている。
5の天面45aは配線部12から露出しているので、放
熱し易くなる。更にこのとき、被装着物であるプリント
基板上には、天面45aと当接する位置に銅箔を設けて
おくことによりさらに放熱効果を大きくすることができ
る。
ており、チップ部品30や他の半導体素子45の間には
グランド層46が設けられている。従って、配線部12
上に形成された電気回路と半導体素子11内に形成され
た回路との間での、互いの回路の干渉を小さくすること
ができる。
断面を示す。図5において、50は半導体素子11上に
形成されたパッドであり、また51と52は配線部であ
り、本実施の形態では2層で形成されている。パッド5
0は、第1層に配線された導体53に直接に接合されて
いる。
た位置まで導出され、パッド50とは離れた位置にある
第2層目の導体54と直接接合される。この導体54上
には外部端子としてのはんだバンプ55が設けられてお
り、このはんだバンプ55とプリント基板57が半田付
で固定される。
導体53と第2層目の導体54更にはそれぞれの導体の
接続も凹版転写等により導体ペーストを圧着加熱して形
成している。
線膨張係数を有した材料で形成されており、かつ半導体
素子11からプリント基板57に向かって順次線膨張係
数を大きくしている。
けると当然半導体素子11とプリント基板57との線膨
張係数の差に応じて接続部には応力が加わることとな
る。この応力は全ての接続箇所に加わる訳であるが、特
に弱い部分に応力集中が発生することは当然である。つ
まり導体53あるいは54は一般的にニッケルなどの強
度的に大きい材料が用いられるとともに、導体53とパ
ッド50との接続や導体53と導体54との接続は直接
導体同士が接続されているので強固に接合されている。
従って、はんだ接合部分に応力が集中することとなる。
変化させることにより、配線部52が、熱サイクル等に
よる半導体素子11とプリント基板57との伸び縮みの
差を吸収し、その半導体モジュールと被装着物57間を
接合するはんだバンプ55に対する応力を緩和する。従
って、半導体素子11とプリント基板57間のはんだ接
合部のはんだクラックの発生を防ぐことができる。な
お、このときに最表層の配線部にはプリント基板57と
略同等の線膨張係数の材料を用いることが望ましい。
は凹版で形成されているため、形成されたパターンの形
状、幅等は原版を精密に再現することができる。従っ
て、エッチング技術に比べてその精度が向上するので、
2層間でキャパシタを構成させる場合や、インダクタン
スを構成する場合において、その容量やインダクタンス
値のばらつきを小さくすることができる。これは、特に
高周波回路に用いる場合に安定した性能を得ることがで
きる。
ンプを使用した場合、所謂マンハッタン接合といわれる
接合が可能である。この接合を用いることにより、通常
の大気の状態での導体間の接合が可能になり、非常に導
電性に優れるとともに低価格な半導体モジュールを提供
することができる。
ては、半導体素子11をウエハーからダイシング等で切
断し、その後にプリント基板等との接合を行っていた
が、本実施の形態1においては、ウエハーからの切断前
に配線部51,52を含む各回路を形成している。即
ち、図2や図4に示されるように回路をチップ部品で構
成する場合においても半導体素子11をウエハーからの
切断前にクリームはんだ等を印刷し、チップ部品を装着
している。即ち、ウエハーからの切断前に半導体モジュ
ールとして完成することができるので、非常に生産性が
良い。
パッド50より小さくしている。半導体11は薄膜等の
半導体プロセスで形成されるが、配線部51,52は印
刷や転写などの方法により形成されるのが一般的であ
り、作成プロセスが異なる。従って、異なったメーカや
異なった設備で形成されることとなる。すなわち配線部
51,52の形成時には、半導体形成プロセスでの位置
決めとは別に半導体素子11と配線部51との位置決め
をやり直すことととなる。このとき、パッド50と導体
53との接合バンプ53aをパッド50より小さくして
位置決め時のズレ寸法を吸収する。このようにすること
により、仮に配線部51の印刷がズレたとしてもパッド
50における接続バンプ53aの接続面積は変化しない
ので、接続部での抵抗値は安定し、安定した回路を得る
ことができる。
断に支障のない範囲で半導体素子11の外形より内側に
設けておくことが望ましい。すなわち配線部51,52
が形成された後にダイシングするため、導体53,54
は最低限印刷時の位置ズレ寸法とダイシングの位置ズレ
寸法とを合わせた距離だけ外形より離して設けている。
これにより半導体モジュールをダイシングにて分割する
ときに導体53,54を切断してしまうことはない。
具体的に半導体素子60としてチップチューナを形成
し、配線部61をこの半導体素子60の一方の面60a
側に設けたものである。
ールのブロック図を示す。図6において62は外部端子
であり、この外部端子62は配線部61を介して半導体
素子60内の高周波増幅回路63の入力に接続される。
この高周波増幅回路63の出力はその一方の入力に接続
されるとともに他方の入力は発振器64の出力が接続さ
れた混合器65に接続されている。
ンドパスフィルタ66に接続されている。このバンドパ
スフィルタ66の出力は再び半導体素子11内に設けら
れた混合器67の一方の入力に接続されるとともに他方
の入力は発振器68の出力が接続されている。この混合
器67の出力は配線部61を介して外部端子69に接続
されている。
にループ接続されるとともにその制御信号は外部端子7
1,72に接続されて外部のプリント基板に設けられた
回路とやり取りを行っている。
波フィルタとして用いている。また、外部端子71,7
2とPLL回路70との間で、配線部61内にフィルタ
等を構成しても良い。
は、バンドパスフィルタ66を配線部61内に形成して
いるので、たとえ中間周波数の異なるチューナに用いる
場合ににおいても配線部61内にバンドパスフィルタ6
6を変更すれば、容易に他の仕様のチューナに変更する
ことができる。
スフィルタ66はパターインダクタンスとパターンキャ
パシタンスで形成すれば、これらをレーザトリミング等
で調整することにより、優れた選択度を有したフィルタ
を得ることができる。あるいは、このバンドパスフィル
タ66はSAWフィルタ等でも良く、この場合には優れ
た周波数選択度と減衰特性を得ることができ、良好な高
周波特性を得ることができる。
ける半導体モジュールのブロック図である。図7におい
て、80は半導体素子であり、81はこの半導体素子8
0の一方の面80a側に設けられた配線部である。この
配線部81は半導体モジュール80とほぼ同じ大きさと
なっている。82は、配線部81に設けられたバンプで
形成された外部端子であり、この外部端子82は、配線
部81内のローパスフィルタ83を介して、半導体素子
80内の電子回路84の入力に接続されている。
の間にローパスフィルタを設けているので、ノイズ等が
入るのを排除することができる。更にこれらのフィルタ
は、パターンインダクタ或いはパターンキャパシタで構
成し、レーザトリミングで調整することができる。この
ことにより、フィルタの通過周波数を最適な周波数に設
定することが可能である。
出力は、配線部81内に設けられた分配器85に入力さ
れて、その出力が分配されている。この分配器85にお
いて、電子回路84の出力はチップ抵抗86を介して外
部端子87へ接続されている。また、パターンで設けら
れたコンデンサ88を介して外部端子89に接続されて
いる。
0を介し外部端子91へ接続されている。この構成によ
り半導体の電子回路84の出力を外部へ接続される他端
子へ出力することができる。
ンダクタやキャパシタをレーザトリミングで調整し、そ
れぞれの出力の分配比率等を変更することも可能にな
る。
子、この半導体素子の一方の面側に設けられるととも
に、前記半導体素子と略等しい大きさを有する配線部と
を有し、前記配線部には前記半導体素子の第1の端子と
第2の端子間を接続する第1の回路、或いは前記半導体
素子の第3の端子と外部端子との間を接続する第2の回
路の少なくとも一方を含む半導体モジュールであり、こ
のように半導体素子の一方の面側に半導体素子と略等し
い大きさを有する配線部を設け、この配線部に第1の回
路或いは第2の回路を設けているので、全体として回路
の小型化を図ることができる。
のモジュールとしているので、取り扱いが非常に容易に
なる。
た信号に処理を加え、その信号を出力するインターフェ
イス回路としての第1の回路或いは半導体素子と外部回
路間においても入力された信号に処理を加え、その信号
を出力するインターフェイス回路としての第2の回路を
設けているので、半導体素子を変えることなく、容易に
モジュール全体としての仕様を変更することができる。
従って、種々の外部回路への対応が容易に可能となる。
ルのブロック図
平面図
ルのブロック図
ルのブロック図
電子装置の断面図
Claims (12)
- 【請求項1】 半導体素子と、この半導体素子の一方の
面側に設けられるとともに、前記半導体素子と略等しい
大きさを有する配線部とを有し、前記配線部には前記半
導体素子の第1の端子と第2の端子間を接続する第1の
回路、或いは前記半導体素子の第3の端子と外部端子と
の間を接続する第2の回路の少なくとも一方を含む半導
体モジュール。 - 【請求項2】 第1の回路又は第2の回路はパターンで
形成されたインダクタンス、或いはパターンで形成され
たキャパシタンスから成る請求項1記載の半導体モジュ
ール。 - 【請求項3】 インダクタンス又はキャパシタンスはレ
ーザトリミングによりその値を調整可能とした請求項1
記載の半導体モジュール。 - 【請求項4】 第1の回路又は第2の回路はチップ部品
で形成された請求項1記載の半導体モジュール。 - 【請求項5】 配線部に形成される回路は凹版転写にて
形成された請求項1記載の半導体モジュール。 - 【請求項6】 配線部は多層の絶縁体で形成されるとと
もに、これらの絶縁体には導体に直接形成された接続バ
ンプが設けられており、このバンプを隣接した導体に圧
接することにより各層を接続する請求項1記載の半導体
モジュール。 - 【請求項7】 配線部の絶縁物の線膨張係数は、半導体
素子の線膨張係数より大きくするとともに、その外部に
設けられる被装着物の線膨張係数より小さくした請求項
1記載の半導体モジュール。 - 【請求項8】 配線部を複数層で形成されるとともに、
これらの複数層を形成する絶縁物の線膨張係数は、半導
体素子からその外部に設けられた装着物に向かってその
線膨張係数を順次大きくした請求項7記載の半導体モジ
ュール。 - 【請求項9】 配線部は複数層で形成されるとともに、
半導体素子と前記配線部に形成される回路との間にはグ
ランド層が挿入された請求項1記載の半導体モジュー
ル。 - 【請求項10】 半導体素子でチューナ回路を形成する
とともに、第1の回路をフィルタ回路とし、このフィル
タ回路が半導体素子に接続された請求項1記載の半導体
モジュール。 - 【請求項11】 第2の回路はフィルタ回路であり、こ
のフィルタ回路を介して半導体素子に入力あるいは出力
される請求項1記載の半導体モジュール。 - 【請求項12】 第2の回路は分配器であり、半導体回
路の出力が前記分配器を介して出力される請求項1記載
の半導体モジュール。
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