JP2005184007A - 鉛直実装された半導体チップパッケージを有する半導体モジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】鉛直実装型半導体チップパッケージを有する半導体モジュールを提供。
【解決手段】半導体モジュール１００は、複数の接続ホール１３１が設けられるモジュール基板１３０と、第１端が接続ホールに鉛直方向に挿入される複数の半導体パッケージ１１０と、ベースプレート１４１及びベースプレートから鉛直下向きに突出する複数の突起１４３とが設けられるヒートシンク１４０とを有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、鉛直実装された半導体チップパッケージを有する半導体モジュールに関するものである。
図１は、例えばメモリモジュールである一般的な半導体モジュールの平面図である。図１に示すように、半導体モジュール１２００は、モジュール基板１２３０の一面又は両面に多数個の半導体チップパッケージ１２１０が平面的に配置できるように実装された構造を有する。モジュール基板１２３０の一面には、回路パターン１２３２が形成され、一方の縁端には外部接続パターン１２３９が形成される。外部システムとの電気的接続のため、半導体チップパッケージ１２１０は回路パターン１２３２を介して外部接続パターン１２３９と電気的に接続される。
しかし、平面実装構造を有する半導体モジュールの多くは、放熱特性及び半導体チップパッケージ１２１０の集積度においてその限界に至っている。平面実装される半導体チップパッケージ１２１０は、一面がモジュール基板１２３０の平面と接合し、その反対側の面が空気に露出される構造を有しており、露出する外面においてのみ対流によって放熱がなされる。このような半導体モジュールの構造において、単位体積当たりの放熱量が増大するほど熱損傷を受けやすくなる。さらに半導体チップパッケージが平面的に実装されるため、モジュール基板における半導体チップパッケージ１２１０の集積度向上にも限界がある。
このような問題点を改善するための方案として、モジュール基板に半導体チップパッケージを鉛直に実装する技術が提案された。その例として、ＺＩＰ（Ｚｉｇｚａｇ Ｉｎ−ｌｉｎｅ Ｐａｃｋａｇｅ）タイプの半導体チップパッケージがある。ＺＩＰタイプは、放熱と半導体チップパッケージの実装密度において一定の効果を示すものの、当該効果が発揮されるためには、入出力端子の数が少ないことが条件となる。よって、入出力端子の数が多いモジュール構造にＺＩＰタイプを適用するのは困難である。
ＺＩＰタイプの短所を解決するための他の方案として提案された技術がヒートシンクを用いる技術である。図２は、従来の半導体モジュールの側断面図である。図２に示す従来の半導体モジュール４０は、複数個の半導体チップパッケージ１０がモジュール基板３４に形成される複数のソケット３２にそれぞれ挿入されることにより鉛直方向に実装され、半導体チップパッケージ１０の上部にヒートシンク３６が結合された構造を有する。
各半導体チップパッケージ１０は、例えば印刷回路基板（ＰＣＢ）である回路基板１６上に配置され、半導体チップ１２が接着剤２４により基板１６の一面に取り付けられる。基板１６のチップ実装面上には接続パス２２が形成され、ワイヤ２６を介して半導体チップ１２と電気的に接続される。半導体チップ１２とワイヤ２６とは封止部２８に囲まれることにより外部環境から保護される。パッケージ基板１６の他面上には、鉛直に実装されるパッケージ１０の上端から折れ曲がる形状を呈する放熱板３０が取り付けられ、放熱板３０上には接着剤３８によりヒートシンク３６が取り付けられる。
前述した従来の半導体モジュール４０は、回路基板１６が用いられることにより入出力端子の多ピン化に対応しながら、且つ放熱板３０及びヒートシンク３６がモジュール４０の放熱特性を向上させるという特徴を有する。しかし、このような従来の半導体モジュール４０は、ヒートシンク３６と半導体チップパッケージ１０との接続面積が小さい場合には、優れた放熱効果を発揮することができず、また、構造と製造工程が複雑であるという問題がある。
本発明の目的は、鉛直実装型半導体チップパッケージを有し、放熱特性が向上する半導体モジュールを提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明の半導体モジュールは、複数の接続ホールが設けられるモジュール基板と、第１端が前記接続ホールに鉛直方向に挿入される複数の半導体パッケージと、ベースプレートおよび前記ベースプレートから鉛直下向きに突出する複数の突起を備えるヒートシンクとを有することを特徴とする。
より具体的には、本発明の半導体モジュールは、鉛直実装型半導体チップパッケージと、半導体チップと、該半導体チップが実装されるチップ実装面と、上記チップ実装面に形成され半導体チップと電気的に接続する基板パッドと、上記基板パッドと電気的に接続され、チップ実装面とその反対面のうちいずれかの面の縁端部に形成された基板接続パスが形成される回路基板と、基板接続パスが外部に露出可能に半導体チップを取り取り囲む封止部と、それぞれの半導体チップパッケージが挿入され得る複数の接続ホールが形成され、上記接続ホールの基板内壁に基板接続パスに接続する内部接続パスが形成され、一方の縁端部に外部接続パターンが形成されたモジュール基板と、上記モジュール基板の半導体チップ実装面の反対側面に取り付けられるヒートシンクとを有することを特徴とする。
本発明によれば、半導体チップパッケージ１１０が全体的に空気に露出されるので、半導体チップパッケージ１１０の全面において対流による放熱が可能となるとともに、ヒートシンク１４０からも放熱が可能となる。これにより、半導体モジュール１００の放熱特性が向上する。
図３は、本発明の第１の実施形態における半導体モジュールの平面図であり、図４は、図３に示す半導体モジュールの側断面図であり、図５は、図４のＡ部分を拡大した断面図であり、図６は、図３に示す半導体モジュールの部分斜視図である。
図３ないし図６に示す本発明の例えばメモリモジュールである半導体モジュール１００は、モジュール基板１３０に多数の半導体チップパッケージ１１０が鉛直方向に挿入実装される構造を有する。モジュール基板１３０の一面には回路パターン１３２が形成され、一方の縁端には外部接続端子１３４が形成される。外部システムとの電気的接続のために、外部接続端子１３４は、回路パターン１３２を介して各半導体チップパッケージ１１０と電気的に接続される。
各半導体チップパッケージ１１０は、一面に半導体チップ１１１が接着剤１１７によって取り付けられる例えば印刷回路基板である回路基板１１３上に、配置される。回路基板１１３における半導体チップ１１１の実装面には、基板パッド１１４が形成され、基板パッド１１４は金から形成されるワイヤ１１９を介して半導体チップ１１１と電気的に接続される。ワイヤ１１９を金のような電気的特性を有する他の材質によって形成することが可能であることは、当業者にとって自明なことである。
回路基板１１３の一方の縁端における両面には、基板接続パス１１５が形成され、基板パッド１１４と電気的に接続される。ここで、基板パッド１１４と基板接続パス１１５とは、公知技術である適合面及び/又は内部パスが形成されることにより接続され得る。半導体チップ１１１とワイヤ１１９とはそれらを取り囲む封止部１２１によって外部環境から保護される。封止部１２１は、基板接続パス１１５を取り囲まないように形成され得る。
モジュール基板１３０は、複数の接続ホール１３１を有し、各接続ホール１３１は、所定間隔で離隔され、モジュール基板１３０の上下端を連通する。図６に示すように、接続ホール１３１は、縦長の形状を呈し、軸方向の幅は、半導体チップパッケージ１１０下端における半導体チップパッケージ１１０の幅に対応する。複数の内部接続パス１３３が接続ホール１３１の側壁に形成され、それぞれ相互に離隔される。内部接続パス１３３は、鉛直方向に延びて、モジュール基板１３０の側面及び上下面に沿って、及び/又は、当該モジュール基板１３０の側面及び上下面の周囲に延びる。各内部接続パス１３３は、それぞれに対応する基板接続パス１１５に対向し得るように形成される。
半導体チップパッケージ１１０の一端が接続ホール１３１に挿入されるときには、基板接続パス１１５と内部接続パス１３３とが互いに接触可能なように密接して配置される。半導体チップパッケージ１１０を接続ホール１３１に挿入することにより、半導体チップパッケージ１１０とモジュール基板１３０とが電気的および物理的に接続され得る。基板接続パス１１５と内部接続パス１３３とは、信頼性および安定性を有して接合されるように、はんだが用いられて接合され得る。
そして、モジュール基板１３０の下面に、ヒートシンク１４０が、熱伝導性に優れた接着剤１３９が用いられることによって、取り付けられる。ヒートシンク１４０は、モジュール基板１３０に接合するベースプレート１４１とそれから鉛直下向きに突出するように形成される複数の突起１４３を有する。ここで、半導体チップパッケージ１１０の下端が接続ホール１３１から突出する場合、ヒートシンク１４０は、ベースプレート１４１の上面において当該半導体チップパッケージ１１０の下端を挿入することが可能な図示しない溝を有することとしてもよい。
回路基板１１３が用いられることによって、半導体チップパッケージ１１０には多数の入出力端子を形成することができる。そして、半導体チップパッケージ１１０が全体的に空気に露出されるので、半導体チップパッケージ１１０の全面において対流による放熱が可能である。さらに、モジュール基板１３０に取り付けられたヒートシンク１４０からも放熱が可能となる。これにより、半導体モジュール１００の放熱特性が向上する。そして、半導体チップパッケージ１１０がモジュール基板１３０に鉛直方向に実装されることにより、単位体積当たりにおける半導体チップパッケージ１１０の集積度が向上する。
本発明の目的は、鉛直積層型の半導体チップパッケージを有する半導体モジュールを形成する方法に関するものである。図３〜６に示す半導体モジュール１００のような半導体モジュールは、印刷回路基板に用いられる従来より公知である物質及び工程から形成されることも可能であり、それに関する詳細な説明は省略する。複数の接続ホール１３１がモジュール基板１３０に形成可能で、（同じ工程または他の工程からなる）複数の半導体チップパッケージ１１０の第１端は、それぞれ対応する接続ホール１３１に鉛直方向に挿入される。
ヒートシンク１４０は、例えばエポキシ樹脂である適切な接着剤１３９を用いてモジュール基板１３０に取り付けられる。ヒートシンク１４０は、ベースプレート１４１及びそのベースプレート１４１から鉛直下向きに突出する複数の突起１４３を有する。ベースプレート１４１及び突起１４３は、放熱特性を有する物質である公知の金属材質から形成される。
形成されたモジュール基板１３０は、第１及び第２面を有する。接続ホール１３１には複数の内部接続パス１３３が形成され得る。内部接続パス１３３は、電気伝導性を有する物質、例えば金及び/又はそれ以外公知の金属で形成され得る。接続ホール１３１のそれぞれは相互に離隔され、モジュール基板１３０の第１及び第２面とが連通可能なようにモジュール基板１３０に形成される。半導体チップパッケージ１１０が接続ホール１３１に挿入されることにより、モジュール基板１３０の第１面上に機械的に実装され、内部接続パス１３３と電気的に接続される。
ヒートシンク１４０を取り付けるために、ベースプレート１４１が接着剤１３９によってモジュール基板１３０の第２面に取り付けられ、突起１４３は、鉛直方向に立設される半導体チップパッケージ１１０がモジュール基板１３０の接続ホール１３１から延びる方向に対して逆方向へ延びるように、ベースプレート１４１に接着される。
図７は、本発明の第２の実施形態における半導体モジュールの側断面図であり、図８は、図７に示す半導体モジュールの部分斜視図である。
図７および図８に示す本発明の半導体モジュール２００は、モジュール基板２３０に鉛直方向に挿入されることによって取り付けられる複数の半導体チップパッケージ２１０を有する。モジュール基板２３０の構成は、接続ホール２３１を除いて、図３〜６に示すモジュール基板１３０の構成と同様である。加えて、ベースプレート２４１と複数の突起２４３とからなるヒートシンク２４０の構成もまた図３〜６に示すヒートシンク１４０の構成と同様である。
図７において、半導体チップパッケージ２１０は、回路基板の代わりにリードフレーム上に配置される。リードフレームは、ダイパッド２１３及び絶縁接着剤２１６により接着されたリード２１４ａとリード２１４ｂとのペアを複数有する。ダイパッド２１３は、接着剤２１７で半導体チップ２１１が接着され、半導体チップ２１１を支持する。リード２１４ａとリード２１４ｂのペアは、二層構造を呈し、ダイパッド２１３の一つの面に近接して配置されてワイヤ２１９で半導体チップ２１１と電気的に接続される。半導体チップ２１１、ワイヤ２１９、及びリード２１４ａとリード２１４ｂのペアの一端が、封止部２２１によって封止される。リード２１４ａとリード２１４ｂのペアの他端は、モジュール基板２３０の接続ホール２３１内に挿入される。
接続ホール２３１は、モジュール基板２３０の上下部を連通する。図３〜６とは異なり、接続ホール２３１は、接続ホール２３１グループが複数存在するように配置され得る。図８に示すように、一つの接続ホール２３１グループが各半導体チップパッケージ２１０に形成される。電気的に絶縁された接続ホール２３１の両側壁に、一対の内部接続パス２３３が形成される。
半導体チップパッケージ２１０がリード２１４ａとリード２１４ｂのペアを介して接続ホール２３１グループに挿入されると、リード２１４ａとリード２１４ｂのペアは、内部接続パス２３３と接続可能に内部接続パス２３３に密接して配置される。リード２１４ａ及び/又はリード２１４ｂと内部接続パス２３３とは、信頼性および安定性を有して接合されるために、はんだ２３７が適用されて接合され得る。
図９は、本発明の第３の実施形態における半導体モジュールの断面図である。図９に示す本発明の半導体モジュール３００は、モジュール基板３３０に鉛直に挿入実装される複数の半導体チップパッケージ３１０を有する。半導体モジュール３３０の構成は、接続ホール３３１を除いて、図３〜８に示す半導体モジュール２３０の構成と同様である。また、ベースプレート３４１と複数の突起３４３とからなるヒートシンク３４０の構成も、図３〜８に示すヒートシンク２４０の構成と同様である。
それぞれの半導体チップパッケージ３１０は回路基板３１３を有する。半導体チップ３１１は、回路基板３１３の一面に接着剤３１７によって接着され、ワイヤ３１９を通じて回路基板３１３の基板パッド３１４と電気的に接続される。回路基板３１３のチップ実装面に形成された封止部３２１によって半導体チップ３１１およびワイヤ３１９が封止される。回路基板３１３の反対面には基板接続パス３１５が形成され基板パッド３１４と電気的に接続される。
モジュール基板３３０は、相互に離隔されて形成される複数の接続ホール３３１を有する。接続ホール３３１はモジュール基板３３０の上下部を連通し、挿入される半導体チップパッケージ３１０の下端で半導体チップパッケージ３１０の幅に対応する縦長の形状を呈する。接続ホール３３１の側面には、複数の内部接続パス３３３が所定間隔をおいて形成される。内部接続パス３３３は、鉛直方向に延びて、部分的にモジュール基板３３０の上下面に沿って及び／又は交差して、延びる。内部接続パス３３３は、それぞれに対応する基板接続パス３１５に対向し得るように形成される。
半導体チップパッケージ３１０の一端は対応する接続ホール３３１に挿入される。接続ホール３３１の内面に形成される内部接続パス３３３は、基板接続パス３１５と接続可能に密接して配置され、接続ホール３３１の側壁および下部面は、封止部３２１に接続される。半導体チップパッケージ３１０は、接続ホール３３１に挿入されることにより、モジュール基板３３０と機械的および電気的に接続される。基板接続パス３１５と内部接続パス３３３とは、信頼性および安定性を有して接合されるために、はんだ３３７が適用されて接合され得る。
図１０は、本発明の第４の実施形態における半導体モジュールの部分断面図である。図１０に示す本発明の半導体モジュール４００は、モジュール基板４３０に鉛直方向に挿入されることにより実装される複数の半導体チップパッケージ４１０を有する。モジュール基板４３０の構成は、接続ホール４３１と内部接続パス４３３とが設けられる点を除いて、図９に示すモジュール基板３３０の構成と同様である。ベースプレート４４１と複数の突起４４３とを有するヒートシンク４４０の構成も、また図３〜９に示すヒートシンクの構成と同様である。
各半導体チップパッケージ４１０は回路基板４１３を有する。回路基板４１３はヒートスラグ４２３を有する。回路基板４１３の一面には接着剤４１７によって半導体チップ４１１が取り付けられ、半導体チップ４１１は回路基板４１３の基板パッド４１４とワイヤ４１９を介して電気的に接続される。
回路基板４１３において半導体チップ４１１の実装面に形成された封止部４２１により、半導体チップ４１１およびワイヤ４１９が封止される。回路基板４１３の反対面には、基板接続パス４１５が形成され基板パッド４１４と電気的に接続される。迅速で効果的な放熱が図られるように、半導体チップ４１１の下部に、ヒートスラグ４２３が形成される。回路基板４１３の半導体チップ４１１の実装面には封止部４２１が形成され、半導体チップ４１１とワイヤ４１９を封止する。
各半導体チップパッケージ４１０の一端は、それぞれ対応する接続ホール４３１に挿入され、基板接続パス４１５は、内部接続パス４３３と接続可能に内部接続パス４３３と密接して配置される。このようにして、半導体チップパッケージ４１０はモジュール基板４３０に機械的および電気的に接続される。基板接続パス４１５と内部接続パス４３３とは、信頼性を有して接合されるために、はんだ４３７が適用されて接合され得る。
図１１は、本発明の第５の実施形態における半導体モジュールの部分断面図である。図１１に示す本発明の半導体モジュール５００は、モジュール基板５３０に鉛直方向に挿入実装される複数の半導体チップパッケージ５１０を有する。接続ホール５３１と内部接続パス５３３とを有するモジュール基板５３０の構成は、図１０に示すモジュール基板４００の構成と同様である。ベースプレート５４１と複数の突起５４３を有するヒートシンク５４０の構成もまた図３〜１０に示すヒートシンクの構成と同様である。
前述した図３〜１０に示す実施形態とは異なり、第５の実施形態による半導体チップパッケージ５１０は、回路基板やリードフレームが設けられず、再配線技術が用いられることによって半導体チップ５１１を半導体チップパッケージ５１０に具備する構造である。半導体チップ５１１の活性面には複数のチップパッド５１２が形成されている。そして、半導体チップ５１１上には絶縁層５１３が形成されるが、絶縁層５１３からチップパッド５１２が露出される。モジュール基板５３０との電気的接続のために絶縁層５１３上には再配線パス５１４が形成される。再配線パス５１４の一方の端はチップパッド５１２と電気的に接続され、他方の端は半導体チップ５１１の一方の縁端まで延びる。上記延伸方向における再配線パス５１４の端部を除いて再配線パス５１４を封止する封止部５１５が形成される。 各半導体チップパッケージ５１０、詳細には再配線チップ５１１の一端が、対応する接続ホール５３１に挿入され実装される。再配線チップ５１１が接続ホール５３１に挿入されることで再配線パス５１４が内部接続パス５３３及び内部接続パス４３３と接続可能に内部接続パス４３３と密接して配置される。再配線パス５１４と内部接続パス５３３とは、信頼性を有して接合されるために、はんだ５３７が適用されて接合され得る。
図１２は、本発明の第６の実施形態における半導体モジュールを示す部分断面図である。図１２に示す本発明の半導体モジュール６００は、モジュール基板６３０に鉛直方向に挿入実装される複数の半導体チップパッケージ６１０を有する。モジュール基板６３０の構成は、接続ホール６３１の大きさを除いて、図３〜６に示すモジュール基板４１０の構成と同様である。ベースプレート６４１および複数の突起６４３を有するヒートシンク６４０の構成もまた図３〜１１に示すヒートシンクの構成と同様である。
図１２に示す本発明の半導体チップパッケージ６１０は、パッケージ積層型の半導体チップパッケージである。即ち、半導体チップパッケージ６１０は、二つの単位パッケージ３１０ａ、３１０ｂが左右に積層された構造を有する。各単位パッケージ３１０ａ、３１０ｂは、図９に示すパッケージと同様の構造を有する。しかし、例示された構造以外の他のパッケージ構造も、単位パッケージ３１０ａ、３１０ｂの構造として適用され得る。
各積層型半導体チップパッケージ６１０は、単位パッケージ３１０ａ、３１０ｂが封止部３２１ａ、３２１ｂが接着剤６２５により互いに接着される構造を有する。モジュール基板６３０の接続ホール６３１は、積層型の半導体チップパッケージ６１０が挿入され得る大きさに形成される。それぞれの積層型の半導体チップパッケージ６１０の一端が対応する接続ホール６３１に挿入され、積層型半導体チップパッケージ６１０の基板接続パス６１５が接続ホール６３１の内部接続パス６３３と接続可能に内部接続パス６３３に密接して配置される。これにより、積層型の半導体チップパッケージ６１０とモジュール基板６３０とが機械的および電気的に接続される。基板接続パス６１５と内部接続パス６３３とは、信頼性を有して接合されるために、はんだ６３７が適用されて接合され得る。
図１３は、本発明の第７の実施形態における半導体モジュールを示す部分断面図である。図１３に示す本発明の半導体モジュール７００は、モジュール基板７３０に鉛直方向に挿入実装される複数の半導体チップパッケージ７１０を有する。モジュール基板７３０、接続ホール７３１、及び内部接続パス７３３の構成は、図１２に示すものの構成と同様である。ベースプレート７４１と複数の突起７４３とを有するヒートシンク７４０もまた図３〜１２に示すヒートシンクの構成と同様である。
図１３に示す本発明の半導体チップパッケージ７１０は、チップ積層型の半導体チップパッケージである。即ち、半導体チップパッケージ７１０は、二つの半導体チップ７１１ａ、７１１ｂがそれぞれフリップチップボンディング技術を用いられることによってバンプ７２７ａ、７２７ｂを介して回路基板７１３ａ、７１３ｂに取り付けられた構造を有している。バンプ７２７ａ、７２７ｂは、半導体チップ７１１ａ、７１１ｂの活性面上の図示しないチップパッド上に形成され、回路基板７１３ａ、７１３ｂの図示しない基板パッドに接合される。半導体チップ７１１ａ、７１１ｂの背面同士は、接着剤７２５により接合される。図示されたチップ積層構造は例示に過ぎず、多様なチップ積層構造が適用可能であることは当業者に自明である。回路基板７１３ａ、７１３ｂ間の空間には、半導体チップ７１１ａ、７１１ｂを取り囲む封止部７２１が形成される。回路基板７１３ａ、７１３ｂの外面には基板接続パス７１５ａ、７１５ｂが形成され、図示しない基板パッドと電気的に接続され得る。
それぞれの積層型半導体チップパッケージ７１０の一端が対応する接続ホール７３１に挿入実装され、基板接続パス７１５が内部接続パス７３３と接続可能に内部接続パス７３３と密接して配置される。これにより、積層型半導体チップパッケージ７１０とモジュール基板７３０とが、機械的および電気的に接続される。基板接続パス７１５と内部接続パス７３３とは、信頼性を有して接合されるために、はんだ７３７が適用されて接合され得る。
図１４は、本発明の第８の実施形態における半導体モジュールを示す部分断面図である。図１４に示す本発明の半導体モジュール８００は、モジュール基板８３０に鉛直方向に挿入実装される複数の半導体チップパッケージ８１０を有する。接続ホール８３１及び内部接続パス８３３を有するモジュール基板６３０の構成は、図１３に示すモジュール基板７３０の構成と同様である。ベースプレート８４１と複数の突起８４３を有するヒートシンク８４０の構成もまた図３〜１３に示すヒートシンクの構成と同様である。
図１４に示す本発明による半導体チップパッケージ８１０は、回路基板が使用されないチップ積層型の半導体チップパッケージである。即ち、半導体チップパッケージ８１０は、複数の半導体チップ５１０ａ、５１０ｂを有する。半導体チップ５１０ａ、５１０ｂは、図１１に示すように再配線チップであり、接着剤８２５により背面同士が接合される。
各積層型半導体チップパッケージ８１０の一端が対応する接続ホール８３１に挿入されて実装され、半導体チップ５１０ａ、５１０ｂの再配線パス５１４ａ、５１４ｂが内部接続パス８３３に接続可能に内部接続パス８３３と密接して配置される。このようにして、積層型半導体チップパッケージ８１０はモジュール基板８３０に機械的および電気的に接続される。再配線パス５１４ａ、５１４ｂと内部接続パス８３３との接合の信頼性向上のために、はんだ８３７が適用され得る。
図１５は、本発明の第９の実施形態における半導体モジュールの部分断面図である。図１５に示す本発明の半導体モジュール９００は、モジュール基板９３０に鉛直方向に挿入実装される複数の半導体チップパッケージ９１０を有する。モジュール基板９３０の構成は、図７及び図８に示すモジュール基板２３０の構成と同様である。即ち、半導体チップパッケージ９１０に対応する一端の接続ホール９３１を有する。ベースプレート９４１と複数の突起９４３を有するヒートシンク９４０の構成もまた図３〜１４に示すヒートシンクの構成と同様である。
各半導体チップパッケージ９１０は、図１３、１４に示すものと同様に、チップ積層型の半導体チップパッケージである。即ち、チップ積層型の半導体チップパッケージ９１０は複数の半導体チップ９１１ａ、９１１ｂが互いに向き合って配置される構造を有する。一方の半導体チップである半導体チップ９１１ａは図１１に示すような再配線チップであり、他方の半導体チップ９１１ｂは一般的な半導体チップである。再配線チップ９１１ａの活性面にはチップパッド９１２ａが形成され、そのチップパッド９１２ａは、再配線パス９１４と電気的に接続される。一般的な半導体チップである半導体チップ９１１ｂの活性面にも、チップパッド９１２ｂが形成される。
複数の半導体チップ９１１ａ、９１１ｂの活性面は、互いに向き合っており、一般的な半導体チップ９１１ｂのチップパッド９１２ｂと、再配線チップ９１１ａの再配線パス９１４とが、バンプ９２７によって電気的に接続される。半導体チップ９１１ａと半導体チップ９１１ｂとの間の空間には、封止部９２１が形成されて半導体チップの活性面と再配線パス９１４及びバンプ９２７とを保護する。接続リード９２３の一端は、封止部９２１の内部に配置され、かつはんだ９２８を介して再配線パス９１４と連結され、また他端は封止部９２１から突出するように配置される。
接続リード９２３の封止部９２８から突出する端部は、モジュール基板９３０の対応する接続ホール９３１に挿入実装され、接続ホール９３１の内部接続パス９３３と接続可能に内部接続パス９３３と密接して配置される。これにより、積層型半導体チップパッケージ９１０とモジュール基板９３０とが機械的および電気的に接続される。また、接続リード９２３と内部接続パス９３３との接合の信頼性向上のために、はんだ９３７が適用され得る。
図１６は、本発明の第１０の実施形態における半導体モジュールを示す部分断面図であり、図１７は、図１６に示す半導体モジュールの部分斜視図である。図１６及び図１７に示す本発明の半導体モジュール１０００は、モジュール基板１０３０に鉛直方向に挿入実装される複数の半導体チップパッケージ１０１０を有する。モジュール基板１０３０の構成は、接続ホール１０３１の大きさを除いて、図１５に示すモジュール基板９３０の構成と同様である。ベースプレート１０４１と複数の突起１０４３を有するヒートシンク１０４０の構成もまた図３〜１５に示すヒートシンクの構成と同様である。
図１６に示す半導体チップパッケージ１０１０の構成は、接続リードを除いて、図１５に示す半導体チップパッケージの構成と同様である。即ち、チップ積層型の半導体チップパッケージ１０１０は、接続リードの代わりに金材質の接続ワイヤ１０２３を有する。接続ワイヤ１０２３は、ニッケル鍍金により補強され得る。接続ワイヤ１０２３の一端は、封止部１０２１内部に配置され、かつバンプ１０２８で再配線パス１０１４と連結され、また他端は封止部１０２１から突出するように配置される。
接続リード１０２３の封止部から突出する端部は、モジュール基板１０３０の対応する接続ホール１０３１に挿入実装され、接続ホール１０３１の内部接続パス１０３３と接続可能に内部接続パス１０３３と密接して配置される。これにより、積層型半導体チップパッケージ１０１０とモジュール基板１０３０とが機械的および電気的に接続される。また、接続リード１０２３と内部接続パス１０３３との接合の信頼性向上のために、はんだ１０３７が適用され得る。
図１８は、本発明の第１１の実施形態における半導体モジュールの背面図であり、図１９は、図１８に示す半導体モジュールの側断面図である。図１８及び図１９に示す本発明の半導体モジュール１１００はヒートシンク１１４０を有することができる。このヒートシンク１１４０を除いて、図１８に示すパッケージ１１１０およびモジュール基板１１３０の構成は、図３〜６に示すものの構成と同様である。図３〜１７に示す半導体チップパッケージとモジュール基板の形態以外の形態を有する多様な半導体チップパッケージ及びモジュール基板が、ヒートシンク１１４０とともに適用可能であることは、当業者に自明な事実である。
モジュール基板１１３０の下部面には、熱伝導性が比較的優れる接着剤１１５０が用いられて、ヒートシンク１１４０が取り付けられる。ヒートシンク１１４０は、モジュール基板１１３０に接合されるベースプレート１１４１と、鉛直下向きに延伸する二つの突起部１１４３ａ、１１４３ｂから構成される。
概して、半導体モジュール１１００は、外部接続端子（図３に示す端子１３４）を介して、図に示す実装方向に向けて、外部システムの基板に実装される。モジュール１１００の熱が外部環境へ放熱されるために、前記外部システムに配置される冷却ファンにおいて発生された冷却空気が半導体モジュール１１００の一方の側面に供給される。突起部１１４３ａは、冷却空気の送風の入り口側から反対の方向へ向けて、即ち、図に示す実装方向に向けて折れ曲がるように形成される。折れ曲がる突起１１４３ａが冷却空気の流れを半導体モジュール１１００から外部環境へ導くことにより、モジュール１１００から発生する熱が外部環境または外部空気へ容易に放熱され得る。折れ曲がる突起１１４３ａが、他の形態や構造から形成され得ることは当業者にとって自明な事実である。
また、ヒートシンク１１４０は、ベースプレート１１４１上に形成されるヒートパイプ１１４５をさらに有する。ヒートパイプ１１４５は、ベースプレート１１４１から半導体モジュール１１００の重心方向（図に示す実装方向が、即ち重心方向である）へ、傾斜するように形成される。折れ曲がる突起１１４３ａの反対側から発生する熱は、モジュール１１００からヒートパイプ１１４５に沿って外部環境へ放熱される。
なお、本明細書と図面に開示された本発明の実施形態は、理解を助けるために典型例を開示したに過ぎず、本発明の範囲を限定するものではない。ここに開示された実施形態の他にも、本発明の技術的思想に基づき他の変形例が実施可能であることは本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者に自明である。
一般的な半導体モジュールの平面図である。 従来の半導体モジュールの側断面図である。 本発明の第１の実施形態における半導体モジュールの平面図である。 図３に示す半導体モジュールの側断面図である。 図４のＡ部分を拡大した断面図である。 図３に示す半導体モジュールの部分斜視図である。 本発明の第２の実施形態における半導体モジュールの側断面図である。 図７に示す半導体モジュールの部分斜視図である。 本発明の第３の実施形態における半導体モジュールの側断面図である。 本発明の第４の実施形態における半導体モジュールの部分断面図である。 本発明の第５の実施形態における半導体モジュールの部分断面図である。 本発明の第６の実施形態における半導体モジュールの部分断面図である。 本発明の第７の実施形態における半導体モジュールの部分断面図である。 本発明の第８の実施形態における半導体モジュールの部分断面図である。 本発明の第９の実施形態における半導体モジュールの部分断面図である。 本発明の第１０の実施形態における半導体モジュールの部分断面図である。 図１６に示す半導体モジュールの部分斜視図である。 本発明の第１１の実施形態における半導体モジュールの背面図である。 図１８に示す半導体モジュールの側断面図である。
符号の説明
１００ 半導体モジュール、
１１０ 半導体チップパッケージ、
１１１ 半導体チップ、
１１３ 回路基板、
１１４ 基板パッド、
１１５ 基板接続パス、
１１７ 接着剤、
１１９ ワイヤ、
１２１ 封止部、
１３０ モジュール基板、
１３１ 接続ホール、
１３３ 内部接続パス、
１３７ はんだ、
１４０ ヒートシンク、
１４１ ベースプレート、
１４３ 突起、
１４５ ヒートパイプ、
２１３ ダイパッド、
２１４ａ、２１４ｂ リード、
２１６ 絶縁接着剤、
４２３ ヒートスラグ、
５１２ チップパッド。

Claims (33)

  1. 複数の接続ホールを備えるモジュール基板と、
    第１端が前記接続ホールに鉛直方向に挿入される複数の半導体パッケージと、
    ベースプレートおよび前記ベースプレートから鉛直下向きに突出する複数の突起を備えるヒートシンクと、
    を有することを特徴とする半導体モジュール。
  2. 前記モジュール基板は、第１面、第２面、および前記接続ホールに形成される複数の内部接続パスをさらに備え、
    前記接続ホールは、相互に離隔して形成され、前記第１面及び第２面に接続されることを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュール。
  3. 前記半導体パッケージは、前記モジュール基板の第１面に機械的に実装され、前記内部接続パスに電気的に接続可能に前記接続ホールに挿入されることを特徴とする請求項２に記載の半導体モジュール。
  4. 前記ベースプレートは、前記第２面に取り付けられ、
    前記突起は、鉛直実装型の半導体パッケージが前記モジュール基板の接続ホールから延びる方向に対して逆方向に延びることを特徴とする請求項２に記載の半導体モジュール。
  5. 前記複数の半導体パッケージのうち少なくとも１つ以上の半導体パッケージは、少なくとも一つ以上の半導体チップを備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュール。
  6. 前記半導体チップを備える半導体パッケージは、前記半導体チップが取り付けられる回路基板を備えることを特徴とする請求項５に記載の半導体モジュール。
  7. 前記回路基板は、前記半導体チップと電気的に接続され、前記内部接続パスと接続可能に内部接続パスと密接して配置される複数の基板接続パスを備えることを特徴とする請求項６に記載の半導体モジュール。
  8. 前記回路基板は、前記半導体チップの下部に配置されるヒートスラグを備えることを特徴とする請求項６に記載の半導体モジュール。
  9. 前記半導体チップを備える半導体チップパッケージは、前記半導体チップが取り付けられるリードフレームを備えることを特徴とする請求項５に記載の半導体モジュール。
  10. 前記リードフレームは、前記半導体チップと電気的に接続され、前記内部接続パスと接続可能に内部接続パスと密接して配置される複数のリードペアを備えることを特徴とする請求項９に記載の半導体モジュール。
  11. 前記半導体チップは、複数の再配線パスが形成され前記内部接続パスと接続可能に内部接続パスと密接して配置された再配線チップであることを特徴とする請求項５に記載の半導体モジュール。
  12. 前記複数の半導体パッケージのうち少なくとも一つ以上の半導体パッケージは、少なくとも二つ以上の単位パッケージが左右に積層された積層型の半導体パッケージであることを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュール。
  13. 前記二つ以上の積層型の半導体パッケージのうち少なくとも一つ以上の積層型の半導体パッケージにおける単位パッケージは、少なくとも一つ以上の半導体チップを備えることを特徴とする請求項１２に記載の半導体モジュール。
  14. 前記半導体チップを備える単位パッケージは、半導体チップが取り付けられる回路基板を備えることを特徴とする請求項１３に記載の半導体モジュール。
  15. 前記回路基板は、前記チップと電気的に接続され、前記内部接続パスと接続可能に内部接続パスと密接して配置される複数の基板接続パスを備えることを特徴とする請求項１４に記載の半導体モジュール。
  16. 前記複数の半導体パッケージのうち少なくとも一つ以上の半導体パッケージは、少なくとも二つ以上の半導体チップが左右に積層されるチップ積層型の半導体パッケージであることを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュール。
  17. 前記チップ積層型の半導体パッケージは、半導体チップがそれぞれ取り付けられる二つの回路基板を備えることを特徴とする請求項１６に記載の半導体モジュール。
  18. 前記二つの回路基板のうち少なくとも一つ以上の回路基板は、前記半導体チップと電気的に接続され、前記内部接続パスと接続可能に内部接続パスと密接して配置される複数の基板接続パスを備えることを特徴とする請求項１７に記載の半導体モジュール。
  19. 前記半導体チップは、複数の再配線パスを備え、前記内部接続パスと接続可能に内部接続パスと密接して配置される再配線チップであることを特徴とする請求項１６に記載の半導体モジュール。
  20. 前記チップ積層型の半導体パッケージに積層される２つの半導体チップのうち、第１チップは、複数の再配線パスを備える再配線チップであり、第２チップは、複数のバンプを備え、当該第１チップの再配線パスと電気的に接続される半導体チップであることを特徴とする請求項１６に記載の半導体モジュール。
  21. 前記チップ積層型の半導体パッケージは、前記第１チップと第２チップとの間に形成されて前記第１チップの再配線パスと連結される複数の接続リードを備え、前記接続リードは、前記内部接続パスと接続可能に内部接続パスと密接して配置されることを特徴とする請求項２０に記載の半導体モジュール。
  22. 前記チップ積層型の半導体パッケージは、前記第１チップと第２チップとの間に形成されて前記第１チップの再配線パスと連結される複数の接続ワイヤを備え、前記接続ワイヤは、前記内部接続パスと接続可能に内部接続パスと密接して配置されることを特徴とする請求項２０に記載の半導体モジュール。
  23. 前記接続ホールに形成される複数の内部接続パスと、
    前記半導体パッケージと内部接続パスとの間に形成されるはんだと、
    をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュール。
  24. 前記ベースプレートは、前記接続ホールから鉛直下向きに突出する前記半導体パッケージの第１端が挿入可能な複数の溝を備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュール。
  25. 前記ヒートシンクは、前記ベースプレートから鉛直下向きに延びて前記モジュールから外部環境への冷却空気の流れを導くために折れ曲がる形状を呈する突起を備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュール。
  26. 前記ヒートシンクは、前記ベースプレートに配置され、前記モジュールの重心方向に傾斜する複数のヒートパイプを備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュール。
  27. 前記ヒートシンクは、接着剤により前記モジュール基板に取り付けられることを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュール。
  28. 前記モジュールはメモリモジュールであることを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュール。
  29. モジュール基板を形成する第１の形成段階と、
    前記モジュール基板に複数の接続ホールを形成する第２の形成段階と、
    複数の半導体パッケージの第１端を前記接続ホールに鉛直方向に挿入する挿入段階と、
    ベースプレート及び前記ベースプレートから前記モジュール基板へと鉛直下向きに延びる複数の突起を備えるヒートシンクを取り付ける取り付け段階と、
    を有することを特徴とする半導体モジュール製造方法。
  30. 前記接続ホールに複数の内部接続パスを形成する第３の形成段階をさらに有し、
    前記第１の形成段階において、モジュール基板は、第１面と第２面とを備えるように形成され、
    前記第２の形成段階において、接続ホールは、相互に離隔して形成され、前記第１及び第２面と接続されることを特徴とする請求項２９に記載の半導体モジュール製造方法。
  31. 前記挿入段階において、前記半導体パッケージが前記モジュール基板の第１面に機械的に実装されて前記内部接続パスと電気的に接続可能なように前記接続ホールに前記半導体パッケージを挿入することを特徴とする請求項３０に記載の半導体モジュール製造方法。
  32. 前記取り付け段階において、
    前記ベースプレートを前記第２面に取り付け、
    前記鉛直方向に挿入された半導体パッケージが前記モジュール基板の接続ホールから延びる方向に対して逆方向に延伸するように、前記突起を前記ベースプレートに取り付けることを特徴とする請求項３０に記載の半導体モジュール製造方法。
  33. 請求項２９の半導体モジュール製造方法により製造された半導体モジュール。
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