JP2005197389A - 半導体モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 多層基板に衝撃力が加えられた際に、クラックが発生するのを防止する。
【解決手段】 絶縁層と導体層とを積層して構成された基板の周縁部が部品搭載禁止領域となっており、この周縁部を除いた内方の部品搭載領域に電子部品を搭載する半導体モジュールにおいて、前記基板の周縁部に矩形環状の補強部を積層形成する。前記周縁部に補強部を設けることによって、クラック源となる基板端面の強度を向上させることができるので、クラックの発生を防止することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、半導体モジュールに関し、特に、高周波用の半導体モジュールに適用して有効な技術に関するものである。

移動体通信の端末機器いわゆる携帯電話では、カメラ機能の搭載に見られる多機能化が進められており、今後更に多くの機能を携帯電話に内蔵することが予想される。このため、携帯電話に用いられる構成要素については、更なる小型化が求められている。

例えば、携帯電話の構成要素の一つである高周波増幅器に用いられる半導体モジュールでは、シート状の絶縁層と銅或いは銀等を用いた金属薄膜の導体層とを交互に積層して構成された多層基板の表側となる部品搭載面には、受動素子であるインダクタ、コンデンサ、抵抗等の電子部品を実装し、多層基板の裏側となる基板実装面には、配線基板等の基板実装のための外部端子を形成し、金属キャップ或いは樹脂封止体によって部品搭載面を覆ってある。

多層基板の最上層の配線端部には、インダクタ、コンデンサ、抵抗等の電子部品をハンダ等により実装するためのパッドを設け、多層基板の最下層の配線端部には基板実装のための外部端子を形成し、最上層の配線と最下層の配線とは、中間層の配線及び層間を連絡するビア配線によって電気的に接続されている。

多層基板には、能動素子である電子部品として、増幅用のＦＥＴ等が内部に形成された半導体装置が実装されているが、半導体装置の接続端子であるボンディングパッドと多層基板のパッドとを電気的に接続するボンディングワイヤのループの高さを吸収するために、多層基板に設けた凹部であるキャビティに半導体装置を収容し、半導体装置は中間層の配線にハンダ等により取り付けられている。

こうした半導体モジュールを小型化するために、下記特許文献１には、インダクタ、コンデンサ、分布定数線路、共振器、フィルタおよびバランなどを含むＲＦ用受動部品３６を多層基板の中間層に形成する技術が記載されている。

特開２００２−９２２５号公報

また、現在では半導体装置は様々な電子装置に用いられており、電子装置の小型化・携帯化に伴い、その使用環境も多様化しており、携帯電話端末機等では、使用中に誤って落下させた場合でも製品に異常が生じるのを防止するために、製品を所定の高さから落下させ、異常の発生の有無を調べる落下試験が行なわれている。

前記多層基板では、多層化が容易である等の理由により絶縁層としてセラミックを用いている。しかし、セラミックは脆性の材料であり、落下試験の際に加わる衝撃力により多層基板にクラックが発生することがある。前記多層基板は、前述した小型化に対応するため、絶縁層を薄くすることが求められており、このような薄型化によって、多層基板の対衝撃性は低下するので、クラックの発生を防止する技術が求められている。

これまで、多層基板の耐衝撃性を向上させるために、絶縁層となるセラミックの材質を変えて基板自体の強度を向上させる試みがされてきたが、セラミックの材質を変えた場合にはモジュールの特性に大きな変化を与えることが予想されるので、容易に変更することは困難である。

本発明の課題は、これらの問題点を解決し、基板の材質を変えずに、衝撃力によってクラックが発生するのを防止することが可能な技術を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
絶縁層と導体層とを積層して構成された基板の周縁部が部品搭載禁止領域となっており、この周縁部を除いた内方の部品搭載領域に電子部品を搭載する半導体モジュールにおいて、前記基板の周縁部に矩形環状の補強部を積層形成する。

本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
（１）本発明によれば、前記周縁部に補強部を設けることによって、クラック源となる基板端面の強度が向上するので、基板端面からのクラックの発生を防止することができるという効果がある。
（２）本発明によれば、上記効果（１）により、多層基板の絶縁層を薄型化することができるという効果がある。
（３）本発明によれば、上記効果（２）により、半導体モジュールを小型化することができるという効果がある。
（４）本発明によれば、基板の材質を変えないので、特性に影響を与えることがないため、採用実施にあたっての問題が少なく、容易に実施することができるという効果がある。
（５）本発明によれば、部品搭載禁止領域に補強部を設けるので、補強部の形成によって基板面積を増加させることがないという効果がある。
（６）本発明によれば、オーバーコートガラスの塗布によって補強部を形成することで、補強部形成のために工程数を増加させることがないという効果がある。

以下、本発明の実施の形態を説明する。
なお、実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。

図１は、本発明の一実施の形態である半導体モジュールを示す平面図であり、図２は、図２中のａ‐ａ線に沿った縦断面図である。

本実施の形態の高周波用半導体モジュールで用いる多層基板１は、銅或いは銀等を用いた０．０１ｍｍ程度の金属薄膜の導体層２とセラミックス等を用いた厚さが０．１５ｍｍ程度のシート状の絶縁層３とを交互に積層して構成されている。この多層基板１では、６層の導体層２と５層の絶縁層３とを交互に積層したものを、低温焼成によって焼結させてある。

本実施の形態では、最上層の導体層２ａを１層目とし、中間層の導体層２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅを上から順に２層目乃至５層目とし、最下層の導体層２ｆを６層目として説明する。絶縁層３についても、同様に上から順に１層目の絶縁層３ａ，２層目の絶縁層３ｂ，３層目の絶縁層３ｃ，４層目の絶縁層３ｄ，５層目の絶縁層３ｅと数えて説明する。多層基板１の最上層の導体層２ａと最下層の導体層２ｆとは、中間層の導体層２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ及び層間を連絡するビア配線４によって電気的に接続されている。

多層基板１の表側となる部品搭載面に形成された最上層の導体層２ａの端部には、実装する電子部品を接続するためのパッド５を設け、受動素子であるコンデンサ６、抵抗７、インダクタ８等の電子部品をハンダ９等により接続し、シリコーンレジンを用いた封止体１０によって部品搭載面を覆い、多層基板１の裏側となる基板実装面に形成された最下層の導体層２ｆの端部には、配線基板等の基板実装のための外部端子１１を形成してある。なお、図１では、説明のために封止体１０を透過させて示した。

多層基板には、能動素子の電子部品として高周波増幅用のＦＥＴ等が内部に形成された半導体装置１２が実装されているが、半導体装置１２の接続端子であるボンディングパッドと多層基板のパッド５とを電気的に接続するボンディングワイヤ１３のループの高さを吸収するために、多層基板１には、１層目及び２層目の絶縁層３ａ，３ｂを部分的に除去して設けた凹部であるキャビティ１４を設け、このキャビティ１４に半導体装置１２を収容し、半導体装置１２は３層目の導体層２ｃにハンダ９等により取り付けられている。

半導体装置１２の取り付けられた導体層２ｃは、接地配線となっており、半導体装置１２の発生した熱は、導体層２ｃからサーマルビアと呼ばれる複数のビア配線４と直下に位置する中間の導体層２ｄ，２ｅによって伝達され、最下層の導体層２ｆを利用した放熱板まて運ばれている。

多層基板１の部品搭載面では、多層基板１の外周に沿った幅２００μｍ程度の矩形環状の周縁部が部品搭載禁止領域となっており、この周縁部を除いた内方の領域が前述した部品の搭載領域となっている。本実施の形態の半導体モジュールでは、この周縁部の部品搭載禁止領域に補強部１５を矩形環状に積層形成してある。

多層基板１の部品搭載面では、部品接続の際に、溶融したハンダ９が不要部分の導体層２ａに付着するのを防止するために、ハンダ９の付着が懸念される導体層２ａを、オーバーコートガラスによって部分的に被覆していた。本実施の形態では、このオーバーコートガラスを周縁部の部品搭載禁止領域に塗布することによって、補強部１５を形成する。

このため、補強部１５形成のために工程数を増加させることがない。また、部品搭載禁止領域に補強部１５を設けるので、補強部１５の形成によって基板面積を増加させることもない。

図３に示すのは、従来の半導体モジュールの平面図であり、この半導体モジュールに落下等による衝撃力が加えられると、多層基板１の端面に存在する微小な欠陥等からクラック１６ａ，１６ｂが発生し、図中に破線にて示すように、多層基板１の内方に成長する場合が多い。このため、本実施の形態では、多層基板１の周縁部に補強部１５を形成して、クラックの発生源となる多層基板１の端面を補強することにより、クラックの発生を防止している。これによって、半導体モジュールの信頼性を向上させることができる。

また、多層基板１を構成するセラミックの材質には変更を加えていないので、多層基板１の特性に影響を与えることがない。従って、本実施の形態の補強部１５は、採用実施にあたって問題が少なく、容易に採用実施が可能である。

図４に平面図を、図５に図４中のｂ‐ｂ線に沿った縦断面図を示すのは、本発明の一実施の形態である半導体モジュールの変形例である。本変形例では、前述した多層基板１の周縁部に形成した補強部１５に加えて、多層基板１の内方に設けられたキャビティ１４周縁部の部品搭載面に矩形環状の補強部１７を積層形成する。

多層基板１に設けられたキャビティ１４では、部分的に基板が薄くなっており、加えてキャビティ１４には力の集中しやすい角部が形成されているため、図３中に示したクラック１６ｃのように、キャビティ１４に生じた微小な欠陥等からクラック１６ｃが発生し、図中に破線にて示すように、成長する場合も多い。このため、本変形例では、キャビティ１４周縁部の部品搭載面に補強部１７を形成して、クラック１６ｃの発生源となるキャビティ１４の周縁部を補強することにより、クラックの発生を防止している。

図６に示すのは、本発明の一実施の形態である半導体モジュールの他の変形例である。前述した実施の形態では、多層基板１の部品搭載面に補強部１５を設けたが、それに加えて本変形例では、前述した多層基板１の周縁部に形成した補強部１５に加えて、基板実装面の周縁部にも矩形環状の補強部１８を積層形成する。本変形例では、多層基板１の周縁部に補強部１８を形成して、クラックの発生源となる多層基板１の端面を補強することにより、クラックの発生を防止している。これによって、半導体モジュールの信頼性を向上させることができる。また、本変形例の場合に、部品搭載面の補強部１５を形成せずに、基板実装面のみに補強部１８を形成することも可能である。

以上、本発明を、前記実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。

本発明の一実施の形態である半導体モジュールを示す平面図である。 図１中のａ‐ａ線に沿った縦断面図である。 従来の半導体モジュールを示す平面図である。 本発明の一実施の形態である半導体モジュールの変形例を示す平面図である。 図４中のｂ‐ｂ線に沿った縦断面図である。 本発明の一実施の形態である半導体モジュールの他の変形例を示す縦断面図である。

符号の説明

１…多層基板、２…導体層、３…絶縁層、４…ビア配線、５…パッド、６…コンデンサ、７…抵抗、８…インダクタ、９…ハンダ、１０…封止体、１１…外部端子、１２…半導体装置、１３…ボンディングワイヤ、１４…キャビティ、１５，１７，１８…補強部、１６ａ，１６ｂ，１６ｃ…クラック。

Claims (5)

1. 絶縁層と導体層とを積層して構成された基板部品搭載面では、その周縁部が部品搭載禁止領域となっており、この周縁部を除いた内方の部品搭載領域に電子部品を搭載する半導体モジュールにおいて、前記基板の周縁部に矩形環状の補強部を積層形成することを特徴とする半導体モジュール。
2. 前記基板がセラミックの多層基板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。
3. 前記補強部にオーバーコートガラスを用いることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体モジュール。
4. 前記基板にはキャビティが設けられており、このキャビティの周縁部に補強部を形成することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の半導体モジュール。
5. 前記基板の部品搭載面とは反対側の基板実装面の周縁部に矩形環状の補強部を積層形成することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の半導体モジュール。
   

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