JP2005286181A - 半導体装置及びその製造方法及び携帯型電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 親基板やモジュール基板の反りや落下衝撃では親基板とモジュール基板間の電気接続部が破壊されず、電気接続に不良を起こさない薄型高密度実装構造の半導体装置及びその製造方法及び前記半導体装置を組み込んだ携帯型電子機器を提供する。
【解決手段】 電子部品９や電子部品群１７、１８が実装されたモジュール基板３を親基板２に実装した半導体装置において、モジュール基板３上に実装された電子部品群１７や電子部群１８の少なくとも一つの表面と親基板２の表面とを接着剤８で接着固定し、モジュール基板３の電気接続点である外部端子５と親基板２の電気接続点である外部端子４間を弾性を有する接続端子１によって電気的に接続する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、電子部品が実装されたモジュール基板を親基板に実装した半導体装置に関し、特にモジュール基板や親基板に反りや撓みが発生しても、内部に電気接続不良が発生しない薄型高密度実装構造の半導体装置及びその製造方法及び前記半導体装置を組み込んだ携帯型電子機器に関する。

近年の携帯型電子機器における小型化、薄型化のニーズに伴い、片面あるいは両面に電子部品が実装されたモジュール基板を親基板に三次元的に接続する実装構造の半導体装置、すなわち限られた体積内に多数の電子部品を実装する薄型高密度実装構造の半導体装置が実用化されている（例えば、特開２０００−０６８４４３号公報）。

図６は、特開２０００−０６８４４３号公報に示される半導体装置の製造手順を示す工程図である。

図６の半導体装置は、両面に電子部品１３が実装された両面実装モジュール１５と親基板２が外部端子１２を介して電気的に接続する構造である。この従来の半導体装置では、基板１４の両面に、パッケージに納められていない半導体チップであるベアチップ１６と外部端子１１とからなる電子部品１３を実装する。そして、基板１４の電気接続部に外部端子１２が固定される（図６の（ａ））。次に、両面実装モジュール１５が、外部端子１２を介して親基板２に実装され（図６の（ｂ））、これにより三次元実装構造が形成されることを特徴とする。

特開２０００−０６８４４３号公報（特に、図２）

電子部品が両面実装されたモジュール基板と親基板との電気接続と物理的な固定は、例えば特開２０００−０６８４４３号公報に示されるように、モジュール基板に外部端子を設けて行う方法がある。この外部端子をはんだボールとし、基板へ部品等を搭載する際の接続手段であるリフローによるはんだ接続工法を使用した場合、モジュール基板や親基板に、加熱に起因する反りが生じる。その結果、外部端子部分、すなわち、はんだ接続点に引張力がかかり、はんだ付け不良を生ずる課題がある。落下衝撃時にも、基板に反りや撓みが生じる可能性がある。その結果、はんだ接続点に力がかかり、破断し、電気導通不良を生ずる課題がある。基板に反りや撓みが生じなくとも、モジュール基板と親基板は、はんだ接続部だけで接続されているので、はんだ接続部に落下衝撃による衝撃力がかかる。その結果、はんだ接続点に力がかかり、破断し、電気導通不良を生ずる課題がある。

また、上述したようなはんだ接続部の破断を防止するために、外部端子部分や端子部分を含むモジュール基板下部を樹脂で封止するアンダーフィルを採用する場合が考えられるが、このような場合でも、少なくとも端子部分が樹脂に覆われるため、モジュール基板を外す、あるいは交換する等のリペア性が悪化する課題がある。
［発明の目的］
本発明の目的は、親基板やモジュール基板の反りや落下衝撃では親基板とモジュール基板間の電気接続部が破壊されず、電気接続に不良を起こさない薄型高密度実装構造の半導体装置及びその製造方法及び前記半導体装置を組み込んだ携帯型電子機器を提供することである。

また、本発明の他の目的は、リペア性が良好な薄型高密度実装構造の半導体装置及びその製造方法及び前記半導体装置を組み込んだ携帯型電子機器を提供することである。

本発明に係る半導体装置は、電子部品（例えば、図２の７、９、１７、１８）が実装されたモジュール基板（例えば、図２の３）を親基板（例えば、図２の２）に実装した半導体装置であって、モジュール基板３の電気接続点と親基板２の電気接続点との間が弾性を有する接続端子（例えば、図２の１）によって電気的に接続されていることを特徴とする。

また、本発明に係る半導体装置は、電子部品が実装されたモジュール基板を親基板に実装した半導体装置であって、モジュール基板上に実装された電子部品（例えば、図２の１７、１８）の少なくとも一つの表面と親基板の表面とが接着剤（例えば、図２の８）で接着固定され、モジュール基板３の電気接続点と親基板２の電気接続点との間が弾性を有する接続端子１によって電気的に接続されていることを特徴とする。

また、本発明に係る半導体装置は、電子部品が実装されたモジュール基板（例えば、図４の３）を親基板（例えば、図４の２）に実装した半導体装置であって、モジュール基板３の表面と親基板２上に実装された電子部品（例えば、図４の１７、１８）の少なくとも一つの表面とが接着剤（例えば、図４の８）で接着固定され、モジュール基板３の電気接続点と親基板２の電気接続点との間が弾性を有する接続端子１によって電気的に接続されていることを特徴とする。

また、本発明に係る半導体装置は、電子部品が実装されたモジュール基板を親基板に実装した半導体装置であって、モジュール基板上に実装された電子部品の少なくとも一つの表面と親基板上に実装された電子部品の少なくとも一つの表面とが接着剤で接着固定され、モジュール基板の電気接続点と親基板の電気接続点との間が弾性を有する接続端子によって電気的に接続されていることを特徴とする。

これらの本発明に係る半導体装置は、モジュール基板の電気接続点と親基板の電気接続点との間を、弾性を有する接続端子によって接続する。そのため、リフローによるはんだ接続工程時の熱等による基板の反りや撓みによりモジュール基板の電気接続点と親基板の電気接続点との間にかかる応力を、接続端子の弾性変形により吸収するので、電気接続点での接続不良の発生を防ぐことができる。また、落下衝撃時に生ずるモジュール基板の電気接続点と親基板の電気接続点との間にかかる衝撃力を、接続端子の弾性変形により吸収するので、電気接続点での接続不良の発生を防ぐことができる。

また、本発明に係る半導体装置は、モジュール基板および親基板上に実装された電子部品の少なくとも一つ以上が、複数の電子部品が集合した電子部品群であってもよい。

また、本発明に係る半導体装置は、接着剤が、モジュール基板、モジュール基板に実装された電子部品、親基板、及び親基板に実装された電子部品、の耐熱温度未満で熱可塑性を示す熱可塑性接着剤であってもよい。この熱可塑性接着剤を使用することにより、モジュール基板を外す、あるいは交換するリペアを行う際、半導体装置各部の耐熱温度以上の高熱を与えずに、接着剤を軟化させることができる。そのため、半導体装置の各部に熱ダメージを与えることなく、接着部分を外すことができる。その結果、熱によるダメージのないリペアを可能とする。

また、本発明に係る半導体装置は、接着剤が、モジュール基板、モジュール基板に実装された電子部品、親基板、及び親基板に実装された電子部品、の構成部品が所定の軟化度合いまで軟化する温度未満で熱可塑性を示す熱可塑性接着剤であってもよい。この熱可塑性接着剤を使用することにより、モジュール基板を外す、あるいは交換するリペアを行う際、半導体装置各部が軟化する高熱を与えずに、接着剤を軟化させることができる。そのため、半導体装置の各部が熱変形することなく、接着部分を外すことができる。

また、本発明に係る半導体装置は、接続端子の両端の電気接続点がそれぞれ、モジュール基板の電気接続点である外部端子と、親基板２の電気接続点である外部端子とに、導電性接続材料（例えば、図２の６）を用いて電気的接続を取った上で固定されていてもよい。外部端子同士の接続にはんだや銀ペースト等の導電性接続材料を用いることで、モジュール基板の外部端子と親基板の外部端子が、接続端子を介して、外れないようにしっかりと接続され、かつ、電気的にも接続される。

また、本発明に係る半導体装置は、接続端子の一端の電気接続点が、モジュール基板の電気接続点である外部端子あるいは親基板の電気接続点である外部端子のいずれか一方に導電性接続材料を用いて電気的接続を取った上で固定され、接続端子の他端が残る親基板の電気接続点である外部端子あるいはモジュール基板の電気接続点である外部端子に加圧されていてもよい。接続端子の一端が電気接続点である外部端子に加圧されて接触している部分には、電気接続をはんだで行う場合のはんだ供給、若しくははんだペースト塗布工程と、はんだを溶融させて接続するリフロー工程は不要である。電気接続を導電性接着剤で行う場合の導電性接着剤塗布や導電性接着剤硬化のための加熱の工程も不要である。従って、製造コストが下げられる。また、電気接続点は加圧されて接触しているため、基板のそりなどの理由によりモジュール基板の外部端子と親基板の外部端子間に引張力がかかり間隔が広がっても、加圧力が減るだけで、電気的接続は維持される。加圧されて接続している部分は、接触しているだけであるため、取り外しが容易であり、その結果、モジュール基板を外す、あるいは交換するリペアが容易となる。

また、本発明に係る半導体装置は、接続端子が、曲げ変形による弾性を有する接続端子であってもよい。

また、本発明に係る半導体装置は、接続端子が、圧縮変形による弾性を有する接続端子であってもよい。

本発明に係る半導体装置製造方法は、電子部品が実装されるモジュール基板を親基板に実装する半導体装置製造方法であって、モジュール基板上に実装される電子部品の少なくとも一つの表面と親基板の表面とを接着剤で接着固定し、モジュール基板の電気接続点と親基板の電気接続点との間を、弾性を有する接続端子によって電気的に接続することを特徴とする。

また、本発明に係る半導体装置製造方法は、電子部品が実装されるモジュール基板を親基板に実装する半導体装置製造方法であって、モジュール基板の表面と親基板上に実装される電子部品の少なくとも一つの表面とを接着剤で接着固定し、モジュール基板の電気接続点と親基板の電気接続点との間を、弾性を有する接続端子によって電気的に接続することを特徴とする。

また、本発明に係る半導体装置製造方法は、電子部品が実装されるモジュール基板を親基板に実装する半導体装置製造方法であって、モジュール基板上に実装される電子部品の少なくとも一つの表面と親基板上に実装される電子部品の少なくとも一つの表面とを接着剤で接着固定し、モジュール基板の電気接続点と親基板の電気接続点との間を、弾性を有する接続端子によって電気的に接続することを特徴とする。

また、本発明に係る半導体装置製造方法は、電子部品が実装されるモジュール基板を親基板に実装する半導体装置製造方法であって、弾性を有する接続端子を親基板の外部端子上に実装する工程と、親基板上の所定位置に接着剤を塗布する工程と、モジュール基板を親基板上のモジュール基板の搭載位置に位置決めする工程と、モジュール基板を親基板に加圧し、モジュール基板の外部端子と接続端子を電気的に接続させ、モジュール基板の下面あるいは前記下面に実装される電子部品の表面と接着剤を接触させる工程と、加熱冷却して接着剤を硬化させる工程、とを具備する。

また、本発明に係る半導体装置製造方法は、電子部品が実装されるモジュール基板を親基板に実装する半導体装置製造方法であって、弾性を有する接続端子をモジュール基板の外部端子上に実装する工程と、親基板上の所定位置に接着剤を塗布する工程と、モジュール基板を親基板上のモジュール基板の搭載位置に位置決めする工程と、モジュール基板を親基板に加圧し、親基板の外部端子と接続端子を電気的に接続させ、モジュール基板の下面あるいは前記下面に実装される電子部品の表面と接着剤を接触させる工程と、加熱冷却して接着剤を硬化させる工程、とを具備する。

また、本発明に係る半導体装置製造方法は、前記所定位置は、モジュール基板を親基板に実装する際の、モジュール基板上の接着対象位置に対応する親基板上あるいは親基板上に実装される電子部品上の位置、あるいはモジュール基板上に実装される接着対象の電子部品の位置に対応する親基板上あるいは親基板上に実装される電子部品上の位置であっても良い。

また、本発明に係る半導体装置製造方法は、モジュール基板および親基板上に実装される電子部品の少なくとも一つ以上が、複数の電子部品が集合した電子部品群あるいは電子部品群あるいは電子部品群であってもよい。

また、本発明に係る半導体装置製造方法は、接着剤として、モジュール基板、モジュール基板に実装される電子部品、親基板、及び親基板に実装される電子部品、の耐熱温度未満で熱可塑性を示す熱可塑性接着剤を使用してもよい。

また、本発明に係る半導体装置製造方法は、接着剤として、モジュール基板、モジュール基板に実装される電子部品、親基板、及び親基板に実装される電子部品、の構成要素が所定の軟化度合いまで軟化する温度未満で熱可塑性を示す熱可塑性接着剤を使用してもよい。

また、本発明に係る半導体装置製造方法は、接続端子の両端の電気接続点をそれぞれ、モジュール基板の電気接続点である外部端子と、親基板の電気接続点である外部端子に、導電性接続材料を用いて電気的に接続し、かつ固定するものでもよい。

また、本発明に係る半導体装置製造方法は、接続端子の一端の電気接続点を、モジュール基板の電気接続点である外部端子あるいは親基板の電気接続点である外部端子のいずれか一方に、導電性接続材料を用いて電気的に接続し、かつ固定し、接続端子の他端を残る一方のモジュール基板の電気接続点である外部端子あるいは親基板の電気接続点である外部端子に加圧して接触するものでもよい。

また、本発明に係る半導体装置製造方法は、接続端子として、曲げ変形による弾性を有する接続端子を使用するものでもよい。

また、本発明に係る半導体装置製造方法は、接続端子として、圧縮変形による弾性を有する接続端子を使用するものでもよい。

本発明に係る携帯型電子機器は、本発明に係る半導体装置を組み込んだことを特徴とする。本発明に係る薄型高密度実装構造の半導体装置を使用することにより、携帯性に優れた薄型で小型の携帯型電子機器が実現する。

また、本発明に係る携帯型電子機器は、携帯通信端末であってもよい。

本発明による効果は、親基板やモジュール基板の加熱に起因する反りや、落下衝撃時の親基板やモジュール基板の瞬間的な撓みや、落下衝撃時の衝撃では、親基板とモジュール基板間の電気接続部が破壊されないことである。このため、電気接続に不良を起こさない薄型高密度実装構造の半導体装置及びその製造方法を実現できる。さらに、内蔵する半導体装置の電気接続が不良を起こさない携帯型電子機器を実現できる。

その理由は、モジュール基板の電気接続点と親基板の電気接続点との間を、弾性を有する接続端子によって接続するからである。親基板やモジュール基板の反りや撓み、あるいは落下衝撃によるモジュール基板の電気接続点と親基板の電気接続点との間にかかる力は、接続端子の弾性変形により吸収される。その結果、電気接続点で接続不良を起こさず、安定した電気接続を実現する。また、携帯型電子機器に本発明に係る半導体装置を組み込むことで、内蔵する半導体装置が電気接続不良を起こさず、安定した電気接続を実現する携帯型電子機器を実現できる。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態の半導体装置の斜視図である。モジュール基板３と親基板２との三次元接続状態が示されている。モジュール基板３には、電子部品９や、電子部品がひとまとまりになった電子部群７が搭載されている。モジュール基板３は、親基板２に実装される。モジュール基板３と親基板２は、接続端子１により電気接続されている。

図２は、本発明の実施形態の半導体装置の断面図である。モジュール基板３を親基板２に実装した半導体装置である。

電子部品９、複数の電子部品が集合した電子部品群７、電子部品１７、電子部品群１８が、モジュール基板３に実装されている。電子部品群７と電子部品群１８は、表面実装型パッケージの一種であるパッケージの底面に球状のハンダボールを格子状に並べ外部端子としたＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）による接続である。電子部品群７と電子部品群１８は、モジュール基板３に、はんだボールではんだ接続されている。接続は、ＢＧＡの様な、はんだボールによる接続に限るものではなく、表面実装に使われる接続であれば、どの様なものでもよい。電子部品１７は、表面実装型パッケージの一種であるＱＦＰ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｐａｃｋａｇｅ）による接続である。電子部品１７は、モジュール基板３に、リードをはんだ付けすることにより接続されている。接続は、ＱＦＰのようなリードのはんだ付けによる接続に限るものではなく、半導体装置を薄型化、小型化する表面実装に使われる接続であれば、どの様なものでもよい。

電子部品１７と電子部品群１８の表面と、親基板２の表面とが、接着剤８で接着固定されている。親基板２の表面と接着されるのは、電子部品１７や電子部品群１８に限られるものではなく、モジュール基板３上に実装された電子部品や電子部品群の少なくとも一つの表面と親基板２の表面とが接着剤８で接着固定されればよい。この接着固定によって、モジュール基板３と親基板２が固定される。また、モジュール基板３の親基板２に対する固定を、モジュール基板下面あるいはモジュール基板下面に実装された電子部品と、親基板上面あるいは親基板上面に実装された電子部品とを直接、接着することで、薄型高密度の半導体装置を実現しても良い。

モジュール基板３の電気接続点である外部端子５と親基板２の電気接続点である外部端子４の間は、弾性を有する接続端子１によって電気的に接続される。弾性は、外力によって変形し、外力を除くことにより完全に元に戻る完全な弾性でなくとも良い。変形による永久歪みが少し残っても良い。ただし、大きく塑性変形を起こす接続端子は、繰り返し変形により疲労を起こし易い場合があり、疲労を起こすと破断するため、好ましくない。半導体装置をどの様な環境で使用するかにもよるが、弾性体でも塑性変形を起こすものでも、繰り返し変形により、容易に破断する接続端子でなければ良い。また、接続端子の剛性は、基板の反り、撓み、落下衝撃等によって接続端子１に発生する応力を、接続端子１自信や接続端子１の両端の接続部分が破断する応力以下に緩和できる剛性である必要がある。剛性の高い接続端子、すなわち、いわゆるバネ定数が大きい接続端子は、外力によって変形し難く、基板の反り、撓み、落下衝撃によって接続端子１に発生する応力を充分緩和できないからである。剛性が高く、発生した応力を変形により緩和できないと、応力が電気接続点にかかり、接続部分が破断する。ただし、接続端子の一端が加圧され接触することにより電気接続を行う場合は、接続端子の剛性が低ければ良い訳ではなく、接続端子が弾性体であり、かつ電気接続不良にならない程度の加圧力を発生させる剛性を持つ接続端子であることが必要である。

モジュール基板３と親基板２との接着固定部分は、モジュール基板３と親基板２と接続端子１にて接続される部分より面積が大きく、機械的強度が高い。このため、熱などによるモジュール基板や親基板の反りにより、単位面積当たり最も応力が集中するのは、接続端子部分である。この応力を接続端子１の弾性変形により減少させ、応力が大きくなるのを防ぐ。従って、接続端子１と外部端子５や外部端子４との間での破断を防ぎ、電気接続不良が起こらない。モジュール基板３と親基板２とが固定されるため、モジュール基板３と親基板２とを接続する接続端子１がモジュール基板３と親基板２との固定に寄与する必要はない。接続端子部分あるいは接続端子部分を含むモジュール基板下部を樹脂で封止するアンダーフィルによる接続端子１の補強は不要である。アンダーフィルが不要なため、モジュール基板を外す、あるいは交換するリペアが可能となる。接着剤８の接着強度は、モジュール基板３と親基板２の固定に充分な強度を有し、かつモジュール基板を外す、あるいは交換するリペアが容易な強度とすると良い。または、接着面積を、モジュール基板３と親基板２の固定に充分な強度で、かつモジュール基板を外す、あるいは交換するリペアが可能な接着強度となる面積としても良い。

図３は、本発明の一実施形態の半導体装置の製造手順を示す工程図である。図３を参照して、本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法を説明する。

初めに、弾性を有する接続端子１を親基板２の外部端子４上に実装する（図３の（ａ））。接続端子１は、導電性接続材料６により、親基板２の外部端子４上に電気的接続を取った上で固定される。使用する導電性接続材料が、はんだである場合は、クリームはんだを接続点にディスペンサーで供給し、リフローにより実装されても良い。使用する導電性接続材料が、銀ペーストである場合は、銀ペーストを接続点にディスペンサーで供給し、加熱により実装されても良い。接続端子１を親基板２の外部端子４上に実装するのは、親基板２に部品を実装するＳＭＴ（表面実装）工程と同時に行われても良い。

次に、親基板２上の所定位置にディスペンサー等で低温熱可塑性の接着剤８を塗布する（図３の（ｂ））。ここで所定位置とは、モジュール基板３を親基板２に搭載する際の、接着対象の電子部品群１７と電子部品群１８に対応する位置である。接着剤８の塗布は、接着部に関して反対面でも良い。すなわち、載せる側のモジュール基板側でも良い。この場合、接着剤が低粘度では、流れてしまうので、高粘度の接着剤とすると良い。

次に、電子部品や電子部品群が両面に実装されたモジュール基板３を親基板２に対して所定位置に実装できるように位置決めする。モジュール基板３を親基板２に加圧し、モジュール基板４の外部端子５と接続端子１を電気的に接続させ、そして、モジュール基板４の下面に実装された電子部品群１７と電子部品群１８の表面と接着剤８を接触させる（図３の（ｃ））。

加熱冷却して接着剤８を硬化させる。本発明の半導体装置が完成する（図３の（ｄ））。

本発明の半導体装置製造方法では、基板間の固定を接着とすることにより、リフローなどの高温加熱を行うことなく、モジュール基板３と親基板２を電気的に接続することが可能である。モジュール基板３や親基板２上に実装された熱に弱い部品への加熱は、最初にモジュール基板３や親基板２上に実装するときの加熱のみである。半導体装置を製造する際には、リフロー温度まで加熱する必要が無く、熱の影響を最小限にして、三次元実装を実現できる。

また、モジュール基板３の搭載工程において接着剤の硬化が可能なため、リフローを行う場合のように別工程にする必要が無く、製造コストを抑えられる。
（発明の第２の実施の形態）
図４は、本発明の第２の実施形態の半導体装置の断面図である。モジュール基板３を親基板２に実装した半導体装置である。

図４に示す半導体装置のように、親基板２上に搭載された電子部品や電子部品群とモジュール基板３を接着剤８で固定するものでもよい。また、モジュール基板３上に搭載された電子部品や電子部品群と親基板２上に搭載された電子部品や電子部品群を接着剤で接着固定するものでもよい。もちろん、モジュール基板３と親基板２を直接、接着剤で接着固定してもよいが、接続端子１がモジュール基板３と親基板２の間に入るように、スペーサを挟む必要がある。また、電子部品が基板に実装されている他の部品であっても良い。
（発明の第３の実施の形態）
図５は、本発明の第３の実施形態の半導体装置の断面図である。モジュール基板３を親基板２に実装した半導体装置である。

図５に示すように、接続端子１を、弾性を有する導電ゴムに置き換えても良い。また、モジュール基板３上に実装された電子部品９の少なくとも一つの表面と親基板２の表面とが接着剤で接着固定されていてもよい。
（変形例）
なお、接続端子１は親基板２の外部端子４に実装するのではなく、モジュール基板３の外部端子５に実装してもよい。接着剤８は、親基板２上ではなく、電子部品群１７や電子部品群１８の表面に塗布してもよい。

さらに、本発明の実施の形態において、接続端子１の弾性は、曲げ変形による弾性、例えば、弦巻バネによる弾性でも良いし、圧縮変形による弾性、例えば、ゴムによる弾性でも良い。接続端子の電気接続性は弦巻バネが良導体であるバネ性を有する金属製、例えば、鉄系のバネ材料や銅合金のりん青銅、であることにより発揮されても良いし、接続端子の両端を電気配線でつなぐことにより実現しても良い。また、ゴムを導電性ゴムとして、電気接続性を実現しても良い。接続端子の弾性は、接続端子の一端に弾性を有する構造を有するものでも良いし、両端に弾性を有する構造を持つものでもよい。接続端子１は、１つでも複数でも良いことはもちろんである。

接続端子１の弾性による変形は、モジュール基板３の電気接続点である外部端子５と親基板２の電気接続点である外部端子４の間の圧縮や伸張方向だけでも良い。加えて、モジュール基板３と親基板２の平行移動、あるいは、ねじりによる変形が可能であっても良い。このとき、接続端子１の一端が加圧され接触させて接続するものである場合、モジュール基板３と親基板２が平行移動、あるいは、ねじりによる変形を起こしても接触部分が動かない加圧力であることが必要である。

接続端子１の両端の電気接続点は、それぞれ、モジュール基板３の電気接続点である外部端子５、親基板２の電気接続点である外部端子４、と導電性接続材料６で接続、固定されていても良い。導電性接続材料６としては、例えば、はんだや銀ペースト等の導電性接続材料を用いる。はんだは、導電性金属であり、溶融し、冷却して固めることで、外部端子５と外部端子４が接続端子１を介して外れないようにしっかりと接続され、かつ、電気的にも接続される。銀ペーストは、銀粒子を例えばエポキシ樹脂に混ぜたものであり、加熱により硬化させる。はんだと同様、外部端子５と外部端子４が接続端子１を介して外れないようにしっかりと接続される。接続端子１が導電性ゴムの場合で、外部端子５と外部端子４の間で導電性ゴムが圧縮されていれば、導電性接続材料６を用いなくとも良い。導電性ゴムは金属製のばねに比べて軽く、外部端子５および外部端子４との間の摩擦で保持されるからである。

接続端子１の一端の電気接続点を、外部端子５あるいは外部端子４のいずれか一方に、導電性接続材料６を用いて接続、固定し、接続端子１の他端を、残る一方の外部端子４あるいは外部端子５に加圧して接触させるものでもよい。接触は、点接触、あるいは線接触がよい。単位面積当たりの圧力が大きくなり、接触面に酸化膜などの電気絶縁性の被膜や油分などの電気絶縁性の膜が覆っていたとしても、これらの膜を破り、電気的に接続する。複数の接続端子を有する半導体装置の場合、接続端子の両端が導電性接続材料による接続のものと、一端が加圧され接触させて接続するものと、が混ざっていてもよく、一方のみでも良い。

接続端子１の位置はモジュール基板３の端でなく、任意の位置に配置してもよい。接続をはんだバンプで行う場合、リフロー時にモジュール基板が傾くことが無いようバランス良くはんだバンプを配置する必要があるが、本発明の半導体装置では、任意の位置に接続端子１を配置できる。そのため、電気信号線の配線長を短くすることができる。高速伝送が必要な場合に優位であり、配線占有面積を小さくできる。

接続端子１の弾性により、接着固定面となる電子部品群には常に引き剥がし方向の力が加わるため、電子部品群の導電接続部を樹脂で封止して補強してもよいが、接続端子のバネ定数を小さくして、変位長さを大きくとる事で回避してもよい。接続端子１の加圧力は、接続端子のバネ定数が大きい場合、基板の反りによる変位により大きな力を発生する。接続端子の１つ当たりの発生力は小さくとも、接続端子を多数実装する場合の接続端子の総発生力は大きな値となり、接着固定面となる電子部品群にかかる引き剥がし力が大きくなり、電子部品群の導電接続部の破断を生じる可能性がある。バネ定数を小さくすることで、基板の反りによる変位により発生する力はバネ定数が小さい分だけ小さくなる。接続端子の一端を加圧して接触させることにより電気接続を行っている場合は、加圧力があまりにも小さすぎると接触不良を起こす。従って、加圧したときの変位を大きくとる事で、必要な加圧力を発生させることができる。バネ定数が小さいので、小さい変位なら発生力は変化せず、安定した接続が実現できる。

接着剤８は、モジュール基板３やモジュール基板３に実装された各部品の耐熱温度未満で熱可塑性を示す熱可塑性接着剤であってもよい。モジュール基板を外す、あるいは交換するリペアを行う際、半導体装置各部の耐熱温度以上の高熱を与えずに、接着剤を軟化させることができる。半導体装置各部の耐熱温度は、長時間加熱したときの値でも良いし、リペアを行うのに必要な時間に耐えられる温度でも良い。接着剤８は、モジュール基板３やモジュール基板３に実装された各部品が所定の軟化度合いまで軟化する温度未満で熱可塑性を示す熱可塑性接着剤であってもよい。モジュール基板を外す、あるいは交換するリペアを行う際、半導体装置各部が軟化する高熱を与えずに、接着剤を軟化させることができる。モジュール基板３やモジュール基板３に実装された各部品の軟化度合いは、リペアを行うのに必要な時間、加熱したときに所定の軟化度合い以下であれば良い。接着剤８は、熱可塑性を有し、かつ、接着固定箇所が外部端子５や外部端子４の上ではないので、電子部品等を除去あるいは交換するリペア時に、残った接着剤を除去する必要はない。除去あるいは交換対象の電子部品に接着剤が付いている場合は、除去の際、電子部品等と共に接着剤は除去される。接着固定箇所は、モジュール基板と親基板の隙間であるため、接着厚さは薄くでき、また、通常接着層は薄いほど強度が高いので薄型、モジュールを親基板に搭載する工程と接着剤の塗布・硬化工程を分ける必要もなく安い。従って、高密度で薄型の三次元実装構造を安価で実現する。なお、この場合の接着剤８の接着強度は、モジュール基板３と親基板２の固定に充分な強度を有していれば良く、過熱しない状態で、モジュール基板を外す、あるいは交換するリペアが容易な強度とする必要はない。また、接着面積を、過熱しない状態で、モジュール基板を外す、あるいは交換するリペアが可能な接着強度となる面積とする必要はない。

接着剤８は、例えば、いわゆる、ホットメルト接着剤でもよい。ホットメルト接着剤は、室温で固形状をなしている１００％固形分の熱可塑性合成樹脂をベースとしており、加熱溶融して塗布し、温度が下がると固まり、各種固体を接着する。モジュール基板を親基板から外した後、除去あるいは交換対象でない電子部品にホットメルト接着剤が付いている場合は、再加熱により、再接着可能である。そのため、モジュール基板を外す、あるいは交換するリペアが容易となる。

接着剤８を紫外線硬化型や常温硬化型の非加熱性の接着剤としてもよい。加熱を行わずにモジュール基板３と親基板２との接続固定が可能となる。極端に耐熱温度が低い部品がモジュール基板３や親基板２に実装されている場合に好適である。

本発明に係る半導体装置を、携帯通信端末（携帯電話機、ＰＨＳ、ＰＤＡ（携帯型情報端末））、ノート型パーソナルコンピュータ、等の、小型で薄型のニーズの高い携帯型電子機器に使うことにより、小型で薄い携帯型電子機器を実現する。

本発明の一実施形態の半導体装置の斜視図である。 本発明の一実施形態の半導体装置の断面図である。 本発明の一実施形態の半導体装置の製造手順を示す工程図である。 本発明の第２の実施形態の半導体装置の断面図である。 本発明の第３の実施形態の半導体装置の断面図である。 従来の半導体装置の製造手順を示す工程図である。

符号の説明

１ 接続端子
２ 親基板
３ モジュール基板
４ 外部端子
５ 外部端子
６ 導電性接続材料
７ 電子部品群
８ 接着剤
９ 電子部品
１０ 導電ゴム
１１ 外部端子
１２ 外部端子
１３ 電子部品
１４ 基板
１５ 両面実装モジュール
１６ ベアチップ
１７ 電子部品群
１８ 電子部品群

Claims (27)

1. 電子部品が実装されたモジュール基板を親基板に実装した半導体装置であって、
   前記モジュール基板の電気接続点と前記親基板の電気接続点との間が弾性を有する接続端子によって電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
2. 前記モジュール基板および前記親基板上に実装された電子部品の少なくとも一つ以上が、複数の電子部品が集合した電子部品群であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 電子部品が実装されたモジュール基板を親基板に実装した半導体装置であって、
   前記モジュール基板上に実装された電子部品の少なくとも一つの表面と前記親基板の表面とが接着剤で接着固定され、前記モジュール基板の電気接続点と前記親基板の電気接続点との間が弾性を有する接続端子によって電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
4. 電子部品が実装されたモジュール基板を親基板に実装した半導体装置であって、
   前記モジュール基板の表面と前記親基板上に実装された電子部品の少なくとも一つの表面とが接着剤で接着固定され、前記モジュール基板の電気接続点と前記親基板の電気接続点との間が弾性を有する接続端子によって電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
5. 電子部品が実装されたモジュール基板を親基板に実装した半導体装置であって、
   前記モジュール基板上に実装された電子部品の少なくとも一つの表面と前記親基板上に実装された電子部品の少なくとも一つの表面とが接着剤で接着固定され、前記モジュール基板の電気接続点と前記親基板の電気接続点との間が弾性を有する接続端子によって電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
6. 前記モジュール基板および前記親基板上に実装された電子部品の少なくとも一つ以上が、複数の電子部品が集合した電子部品群であることを特徴とする請求項３から５のいずれか一項に記載の半導体装置。
7. 前記接着剤は、前記モジュール基板、前記モジュール基板に実装された電子部品、前記親基板、及び前記親基板に実装された電子部品、の耐熱温度未満で熱可塑性を示す熱可塑性接着剤であることを特徴とする請求項３から６のいずれか一項に記載の半導体装置。
8. 前記接着剤は、前記モジュール基板、前記モジュール基板に実装された電子部品、前記親基板、及び前記親基板に実装された電子部品、の構成要素が所定の軟化度合いまで軟化する温度未満で熱可塑性を示す熱可塑性接着剤であることを特徴とする請求項３から６のいずれか一項に記載の半導体装置。
9. 前記接続端子の両端の電気接続点がそれぞれ前記モジュール基板の電気接続点と前記親基板の電気接続点に、導電性接続材料を用いて電気的に接続し、かつ固定されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の半導体装置。
10. 前記接続端子の一端の電気接続点が前記モジュール基板あるいは前記親基板のいずれか一方の電気接続点に、導電性接続材料を用いて電気的に接続し、かつ固定され、前記接続端子の他端が前記親基板あるいは前記モジュール基板の残る一方の電気接続点に加圧されて接触していることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の半導体装置。
11. 前記接続端子は、曲げ変形による弾性を有する接続端子であることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の半導体装置。
12. 前記接続端子は、圧縮変形による弾性を有する接続端子であることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の半導体装置。
13. 電子部品が実装されるモジュール基板を親基板に実装する半導体装置製造方法であって、
    前記モジュール基板上に実装される電子部品の少なくとも一つの表面と前記親基板の表面とを接着剤で接着固定し、前記モジュール基板の電気接続点と前記親基板の電気接続点との間を、弾性を有する接続端子によって電気的に接続することを特徴とする半導体装置製造方法。
14. 電子部品が実装されるモジュール基板を親基板に実装する半導体装置製造方法であって、
    前記モジュール基板の表面と前記親基板上に実装される電子部品の少なくとも一つの表面とを接着剤で接着固定し、前記モジュール基板の電気接続点と前記親基板の電気接続点との間を、弾性を有する接続端子によって電気的に接続することを特徴とする半導体装置製造方法。
15. 電子部品が実装されるモジュール基板を親基板に実装する半導体装置製造方法であって、
    前記モジュール基板上に実装される電子部品の少なくとも一つの表面と前記親基板上に実装される電子部品の少なくとも一つの表面とを接着剤で接着固定し、前記モジュール基板の電気接続点と前記親基板の電気接続点との間を、弾性を有する接続端子によって電気的に接続することを特徴とする半導体装置製造方法。
16. 電子部品が実装されるモジュール基板を親基板に実装する半導体装置製造方法であって、
    弾性を有する接続端子を前記親基板の外部端子上に実装する工程と、
    前記親基板上の所定位置に接着剤を塗布する工程と、
    前記モジュール基板を前記親基板上の前記モジュール基板の搭載位置に位置決めする工程と、
    前記モジュール基板を前記親基板に加圧し、前記モジュール基板の外部端子と前記接続端子を電気的に接続させ、前記モジュール基板の下面あるいは前記下面に実装される電子部品の表面と前記接着剤を接触させる工程と、
    加熱冷却して前記接着剤を硬化させる工程とを具備する半導体装置製造方法。
17. 電子部品が実装されるモジュール基板を親基板に実装する半導体装置製造方法であって、
    弾性を有する接続端子を前記モジュール基板の外部端子上に実装する工程と、
    前記親基板上の所定位置に接着剤を塗布する工程と、
    前記モジュール基板を前記親基板上の前記モジュール基板の搭載位置に位置決めする工程と、
    前記モジュール基板を前記親基板に加圧し、前記親基板の外部端子と前記接続端子を電気的に接続させ、前記モジュール基板の下面あるいは前記下面に実装される電子部品の表面と前記接着剤を接触させる工程と、
    加熱冷却して前記接着剤を硬化させる工程とを具備する半導体装置製造方法。
18. 前記所定位置とは、前記モジュール基板を前記親基板に実装する際の、前記モジュール基板上の接着対象位置に対応する前記親基板上あるいは前記親基板上に実装される電子部品上の位置、あるいは前記モジュール基板上に実装される接着対象の電子部品の位置に対応する前記親基板上あるいは前記親基板上に実装される電子部品上の位置であることを特徴とする請求項１６あるいは１７に記載の半導体装置製造方法。
19. 前記モジュール基板および前記親基板上に実装される電子部品の少なくとも一つ以上が、複数の電子部品が集合した電子部品群であることを特徴とする請求項１３から１８のいずれか一項に記載の半導体装置製造方法。
20. 前記接着剤は、前記モジュール基板、前記モジュール基板に実装される電子部品、前記親基板、及び前記親基板に実装される電子部品、の耐熱温度未満で熱可塑性を示す熱可塑性接着剤であることを特徴とする請求項１３から１９のいずれか一項に記載の半導体装置製造方法。
21. 前記接着剤は、前記モジュール基板、前記モジュール基板に実装される電子部品、前記親基板、及び前記親基板に実装される電子部品、の構成要素が所定の軟化度合いまで軟化する温度未満で熱可塑性を示す熱可塑性接着剤であることを特徴とする請求項１３から１９のいずれか一項に記載の半導体装置製造方法。
22. 前記接続端子の両端の電気接続点をそれぞれ前記モジュール基板の電気接続点と前記親基板の電気接続点に、導電性接続材料を用いて電気的に接続し、かつ固定することを特徴とする請求項１３から２１のいずれか一項に記載の半導体装置製造方法。
23. 前記接続端子の一端の電気接続点を前記モジュール基板あるいは前記親基板のいずれか一方の電気接続点に、導電性接続材料を用いて電気的に接続し、かつ固定し、前記接続端子の他端を前記親基板あるいは前記モジュール基板の残る一方の電気接続点に加圧して接触することを特徴とする請求項１３から２１のいずれか一項に記載の半導体装置製造方法。
24. 前記接続端子は、曲げ変形による弾性を有する接続端子であることを特徴とする請求項１３から２３のいずれか一項に記載の半導体装置製造方法。
25. 前記接続端子は、圧縮変形による弾性を有する接続端子であることを特徴とする請求項１３から２３のいずれか一項に記載の半導体装置製造方法。
26. 請求項１から１２のいずれか一項に記載の半導体装置を組み込んだことを特徴とする携帯型電子機器。
27. 前記携帯型電子機器は、携帯通信端末であることを特徴とする請求項２５に記載の携帯型電子機器。
    

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