JP2006303313A - メモリーカード - Google Patents

Abstract

【課題】 ねじりが加わった際のはんだ剥離を防止できるメモリーカードを提供する。
【解決手段】 半導体装置８が外装材１、２に収納されたメモリーカードであって、半導体装置８は、はんだ６の列を介して基板４に接合されており、基板４のうち、半導体装置８より外側でかつ半導体装置８の角部近傍に、基板４より剛性の高い高剛性部材１０が接合されている。このことにより、基板４の角部の低剛性領域を補強できるので、はんだ６の剥離を効果的に防止できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、外力に対して信頼性の高い半導体メモリーカードの堅牢構造に関する。

図６は、従来のメモリーカードの一例の内部構造を示す平面図である。図７は、図６に示したメモリーカードのＣ−Ｃ′線における断面図である。図７の断面図は、図示を分かり易くするために、両端部の図示を左右対称に図示している。図８は、図６に示したメモリーカードにねじりが加わったときの基板変形状態を示している。各図において、１０１は下ケース、１１０は上ケース、１０３は第１基板、１０４は第２基板、１０５はベアチップメモリー（以下「チップ」という）、１０２ははんだ、１０６はコンデンサ等の部品である。

また、１０７はねじり中心軸、１０８はねじり方向を示す矢印、１０９はねじれ時に保持されトルクが負荷される領域、１１１はねじり方向１０８にトルクが印加された際の第１基板１０３に加わる力である。また、図示はしていないが、ボール状のはんだ１０２に対応する部分の各基板には、はんだ１０２が接合する銅箔部（ランド）が形成されている。

第２基板１０４の両面にチップ１０５が実装されて半導体装置１１２を形成している。第２基板１０４と第１基板１０３とは、ボール状のはんだ１０２の列で接続されている。図６の例では、第２基板１０４が同一平面内に間隙を有して水平方向に２枚配置されており、チップ１０５は各第２基板１０４の両面に２枚づつ合計４枚が搭載されていることとなる。

第１基板１０３、第２基板１０４は共に厚みは０．５ｍｍ以下である。図７に示したように、第１基板１０３は、上ケース１１０及び下ケース１０１で形成される空間内に収納される。この状態において、第１基板１０３は上ケース１１０と一体の突起１１３で押さえられて位置決めされている。

なお、上ケース１１０及び下ケース１０１は共に厚み０．５ｍｍ以下の樹脂で形成され、外周を超音波溶着されている。

また、前記のように、基板をボール状のはんだを介して接合する技術は、例えば特許文献１−４に開示されている。
特開昭６２−３５５２８号公報 特開平６−６９２８１号公報 特開平７−２４０４９６号公報 特開２０００−３１３１６号公報

しかしながら、前記のようなメモリーカードは、厚みが２ｍｍ程度と規格により規制されており、この規制の下で厚さ１ｍｍ又はそれ以上の半導体装置を収納する必要がある。このため、第１、第２基板１０３、１０４、上下ケース１１０、１０１は、それぞれ厚さが０．５ｍｍ以下と非常に薄くなっており、これらの剛性は極めて低くなっている。

この場合、第１基板１０３と第２基板１０４とを比べてみると、高剛性のチップ１０５が接合されている第２基板１０４は、第１基板１０３より変形に強くなっている。一方、図６の矢印１０８のようにメモリーカードの短辺に、ねじり中心軸１０７を中心としたトルクを印加した場合、突起１１３が第１基板１０３を押圧することになる。

この場合、図８に示したように、第２基板１０４は変形が抑えられるのに対して、第１基板１０３は、図６の線ＣＣ′のうちＣ′側が下方に大きく変形する。このため、前記のＣ′側のはんだ１０２には、矢印１１１方向（図７）に引張り力が発生し、第１基板１０３とはんだ１０２との界面ではんだ剥離が発生することになる。

各種メモリーカードは必ずしも本構成と同一構成ではないが、基板厚み、ケース厚みは同様に０．５ｍｍｍ以下と薄く、剛性が弱いことは同様である。このため、メモリーカードは、ねじれ変形等の外力に対してはんだ剥離に対する信頼性が問題になっていた。この場合、基板とはんだ部とを樹脂材で固め、剥離を防止することも行われているが、樹脂材の直材コストのみならず、樹脂材を塗布する工程、乾燥させる工程が必要となり、生産性向上の観点からの問題があった。

本発明では、前記のような従来の問題を解決するものであり、ねじりが加わった際のはんだ剥離を防止できるメモリーカードを提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明の第１のメモリーカードは、半導体装置が外装材に収納されたメモリーカードであって、前記半導体装置は、はんだの列を介して基板に接合されており、前記基板のうち、前記半導体装置より外側でかつ前記半導体装置の角部近傍に、前記基板より剛性の高い高剛性部材が接合されていることを特徴とする。

本発明の第２のメモリーカードは、半導体装置が外装材に収納されたメモリーカードであって、前記半導体装置は、はんだの列を介して基板に接合されており、前記半導体装置は、その一部を拡張した拡張部を備えており、前記拡張部は前記基板の角部を覆い、かつ前記基板に接合していることを特徴とする。

本発明によれば、ねじりが加わった際のはんだ剥離を防止できる。

本発明のメモリーカードによれば、基板の角部の低剛性領域を補強しているので、はんだ剥離を効果的に防止できる。

前記本発明の第１のメモリーカードにおいては、前記高剛性部材は、一端が前記半導体装置の角部のはんだより前記メモリーカードの長辺方向の中心軸側にあり、他端が前記角部のはんだより前記基板の前記長辺方向の稜線側にあることが好ましい。この構成によれば、基板の角部の低剛性領域を確実に補強できる。

また、前記高剛性部材の一部が、前記半導体メモリー装置に固着していることが好ましい。この構成によれば、はんだ剥離防止により有利である。

また、前記高剛性部材は、前記半導体装置の角部と前記基板の角部とを結ぶように配置されていることが好ましい。この構成によれば、ねじれの中心軸が、基板の長辺方向の中心軸の場合及び短辺方向の中心軸の場合の双方に対して、はんだの剥離防止効果を発揮させることができる。

また、前記基板と前記高剛性部材との接合は、はんだ又は樹脂部材を介した接合であることが好ましい。

また、前記メモリーカードはＳＤメモリーカードであり、前記高剛性部材を接合した部分が、セキュリティロックに隣接した部分であることが好ましい。この構成によれば、最もはんだ剥離の生じ易い部分を補強しているので、はんだ剥離防止に効果的である。

前記本発明の第２のメモリーカードにおいては、前記半導体装置は、チップ基板にベアチップを実装したものであり、前記拡張部は、前記チップ基板の一部を拡張させたものであることが好ましい。

また、前記拡張部と前記基板とが、はんだを介して接合されており、前記はんだの断面形状は、長軸と短軸とを有する長円形状であることが好ましい。この構成によれば、補強効果をより高めることができる。

また、前記メモリーカードはＳＤメモリーカードであり、前記拡張部を接合した部分が、セキュリティロックに隣接した部分であることが好ましい。この構成によれば、最もはんだ剥離の生じ易い部分を補強しているので、はんだ剥離防止に効果的である。

以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るメモリーカードの内部構造を示す平面図である。図２は、図１に示したメモリーカードのＡ−Ａ′線における断面図である。なお、図１は、上ケース１の無い状態で図示しているが、図２は上ケース１の有る状態で図示している。また、図２の断面図は、図示を分かり易くするために、両端部の図示を左右対称に図示している。

図１、２に示したように、外装材である樹脂製の上ケース１と下ケース２とで形成される内部空間に、ベアチップである半導体ベアチップメモリー（以下「チップ」という。）３、第１基板４、第２基板５が配置されている。上ケース１と下ケース２とは、各ケース１、２の周囲部同士を接触させて超音波溶着している。この状態において、第１基板４は上ケース１と一体の突起９で押さえられて位置決めされている。

詳細は以下に説明するように、本実施の形態によれば、厚さが薄く剛性の低いメモリーカードにおいても、はんだ剥離を防止することができるので、例えば第１基板４の厚さが１ｍｍ以下で、上下ケース１、２の合計厚が１ｍｍ以下のメモリーカードに適している。本実施の形態では、メモリーカードの厚さを２ｍｍ程度に抑えるために、第１、第２基板４、５の厚さは、０．５ｍｍ以下とし、上下ケース１、２の厚さも０．５ｍｍ以下としている。

第１基板４、第２基板５には、はんだ６が接合する銅箔で形成されたランド（図示せず）が形成されており、第１基板４と第２基板５とはランドに接合されたボール状のはんだ６の列を介して接合されている。第２基板５の両面に、チップ３が実装されて半導体装置８を形成している。本図の例では、水平方向に、２個の半導体装置８が収納されており、合計４個のチップ３が搭載されていることになる。７は、コンデンサ等の部品である。１７はねじりの中心軸であり、メモリーカードの長辺方向の中心軸でもある。１８はねじり方向を示す矢印、１９はねじれ時に保持されトルクが負荷される領域を示している。

第１基板４のうち、第２基板５の重なり合っていない部分に、高剛性部材１０が接合されている。高剛性部材１０は、第１基板４よりも剛性の高い部材であり、例えば細長い金属又はセラミック部品である。第１基板４への接合は、例えばはんだ又は樹脂を介した接合とすることができる。

図１の例では、高剛性部材１０は、第２基板５の稜線と略平行に、すなわち、中心軸１７に直交するように配置されている。高剛性部材１０の一端は第１基板４の稜線にまで達し、他端は中心軸１７にまで達している。このことにより、高剛性部材１０は、第１基板４のうち第２基板５の角部近傍を含む部分を補強していることになる。

ここで、第２基板５の角部近傍を補強しているのは、特別に高剛性部材を設けていない場合、図１のように、ねじり中心軸１７回りに矢印１８方向にねじりが加わったときに、はんだ６の列のうち、端部のはんだ６は中央部のはんだ６に比べ、大きな引張力が発生するためである。

より具体的には、第２基板５はチップ３で挟まれているため剛性が高く、ねじり中心軸１７回りに矢印１８方向にねじりが加わったときに、ほぼ平面状態で傾斜し、第２基板５下部の第１基板４もほぼ平面状態で傾斜する。一方、第２基板５の外側部の第１基板４は、第１基板４の剛性だけで変形するため、変形量が大きなる。したがって、第２基板５下部の第１基板４と第２基板５の外側部の第１基板４とでは曲率半径が大きく異なることになり、端部のはんだ部では、曲率変化が大きくなり、大きな歪みが発生することとなる。このため、はんだ６の列のうち、端部のはんだ６は中央部のはんだ６に比べ、大きな引張力が発生することになる。

実際に、有限要素解析による応力シミュレーションを行なった結果、前記の推測を裏付ける結果が得られ、メモリーカードにねじれや曲げを加えたときに、主応力が最も大きくなるはんだ６は、はんだ６の列のうち、第２基板５の角部のはんだ６であることが判明した。

したがって、はんだ剥離を防止するには、第１基板４の角部の低剛性領域を含むように補強するのが効果的であるといえる。このため、前記の例では、補強効果をより確実にするため、高剛性部材１０を第２基板５の稜線からねじり中心軸１７までの範囲に配置しているが、高剛性部材１０が少なくとも、半導体装置８の角部近傍に配置されていればよいといえる。

具体的には、高剛性部材１０が、一端が半導体装置８の角部のはんだ６よりもメモリーカードの中心軸１８側にあり、他端が角部のはんだ６よりも第１基板４の稜線のうちメモリーカードの長辺方向の稜線側にあればよい。

（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２に係るメモリーカードの内部構造を示す平面図である。図４は、図３に示したメモリーカードのＢ−Ｂ′線における断面図である。図４は上下ケースの図示は省略している。

本実施の形態２は、実施の形態１と比べると、高剛性部材の構成が異なっている。図３において、高剛性部材１１は、第１基板４に接合されており、第２基板５の角部と第１基板４の角部とを結ぶように、配置されている。高剛性部材１１は、第１基板４よりも剛性の高い部材であり、例えば金属又はセラミック部品である。

図４に示したように、高剛性部材１１は第１基板４に接合しているとともに、第２基板５側の端部を第２基板５の角部に接合している。この接合は、高剛性部材１１を接合材１２を介して第２基板５に接合するとともに、第２基板５と第１基板４とを接合材１２を介して接合したものである。これらの接合は、例えばはんだ又は樹脂を介した接合とすることができる。

本実施の形態の補強構造によれば、はんだの剥離防止効果の発揮により有利になる。具体的には、図３に示したように、高剛性部材１１は、基板の長辺方向の中心軸１８及び短辺方向の中心軸１６の双方に対して傾斜している。このことにより、ねじれの中心軸が、中心軸１８及び中心軸１６のいずれの場合であっても、剥離防止効果を発揮させることができる。

さらに、高剛性部材１１の一部は、剛性の高い半導体メモリーを搭載した第２基板に接合しているので、第１基板の変形が抑えられ、剥離防止効果がより高まることになる。

（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態３に係るメモリーカードの内部構造を示す平面図である。本実施の形態３は、前記実施の形態１、２と比べると、第２基板角部の補強構造が異なっている。図５において、第２基板５の角部は、第２基板５が第１基板４の角部の低剛性領域と重なりあうように拡張した拡張部５ａを備えている。拡張部５ａは、第１基板４の角部の輪郭と略同一輪郭を形成した部分を含んでいる。

拡張部５ａと第１基板４とは、接合材１３を介して接合されている。この構成においても、前記実施の形態１と同様に、半導体装置８の角部のはんだ剥離を防止することができるとともに、剛性の高い半導体メモリーを搭載した第２基板５と一体の拡張部５ａが第１基板４に接合しているので、第１基板の変形防止により有利になる。

また、接合材１３にはんだを用い、はんだの断面形状を長軸と短軸とを有する長円形状にすることにより、補強効果をより高めることができる。

以上、各種の実施の形態について説明したが、ＳＤ（Secure Digital）メモリーカードにおいては、図１、３、５に示したように、第１基板４にセキュリティロックを装着するための切り欠き１４が形成されている。また、前記のように、はんだ剥離が生じ易いのは、半導体装置８の角部である。この角部のうち、ＳＤメモリーカードにおいては、切り欠き１４に隣接した角部においてはんだ剥離が生じ易くなる。このため、ＳＤメモリーカードにおいては、図１、３、５に示したように、切り欠き１４に隣接した角部に、高剛性部材又は拡張部を設けることが好ましい。

また、高剛性部材又は拡張部を設けるのは一箇所のみに限らず、必要な補強の程度に応じて、２箇所以上の角部に設けてもよく、すべての角部に設けてもよい。

以上のように本発明によれば、ねじりが加わった際のはんだ剥離を防止することができ、樹脂材の塗布工程・乾燥工程も省くことができるので、強固かつ生産性のも優れたメモリーカードの実現に有用である。

本発明の実施の形態１に係るメモリーカードの内部構造を示す平面図。 図１に示したメモリーカードのＡ−Ａ′線における断面図。 本発明の実施の形態２に係るメモリーカードの内部構造を示す平面図。

本発明の実施の形態２に係るメモリーカードおいて、ねじり変形時の基板変形状態を示す断面図。
図３に示したメモリーカードのＢ−Ｂ線における断面図。 本発明の実施の形態３に係るメモリーカードの内部構造を示す平面図。 従来のメモリーカードの一例の内部構造を示す平面図。 図６におけるＣ−Ｃ′線における断面図。 図６のメモリーカードにねじりが加わった際の基板変形状態を示す断面図。

符号の説明

１ 上ケース
２ 下ケース
３ 半導体ベアチップメモリ
４ 第１基板
５ 第２基板
６ はんだ
８ 半導体装置
１０，１１ 高剛性部材
１２，１３ 接合材

Claims (10)

1. 半導体装置が外装材に収納されたメモリーカードであって、
   前記半導体装置は、はんだの列を介して基板に接合されており、
   前記基板のうち、前記半導体装置より外側でかつ前記半導体装置の角部近傍に、前記基板より剛性の高い高剛性部材が接合されていることを特徴とするメモリーカード。
2. 前記高剛性部材は、一端が前記半導体装置の角部のはんだより前記メモリーカードの長辺方向の中心軸側にあり、他端が前記角部のはんだより前記基板の前記長辺方向の稜線側にある請求項１に記載のメモリーカード。
3. 前記高剛性部材の一部が、前記半導体メモリー装置に固着している請求項１に記載のメモリーカード。
4. 前記高剛性部材は、前記半導体装置の角部と前記基板の角部とを結ぶように配置されている請求項１又は３に記載のメモリーカード。
5. 前記基板と前記高剛性部材との接合は、はんだ又は樹脂部材を介した接合である請求項１から４のいずれかに記載のメモリーカード。
6. 前記メモリーカードはＳＤメモリーカードであり、前記高剛性部材を接合した部分が、セキュリティロックに隣接した部分である請求項１から５のいずれかに記載のメモリーカード。
7. 半導体装置が外装材に収納されたメモリーカードであって、
   前記半導体装置は、はんだの列を介して基板に接合されており、
   前記半導体装置は、その一部を拡張した拡張部を備えており、前記拡張部は前記基板の角部を覆い、かつ前記基板に接合していることを特徴とするメモリーカード。
8. 前記半導体装置は、チップ基板にベアチップを実装したものであり、前記拡張部は、前記チップ基板の一部を拡張させたものである請求項７に記載のメモリーカード。
9. 前記拡張部と前記基板とが、はんだを介して接合されており、前記はんだの断面形状は、長軸と短軸とを有する長円形状である請求項７又は８に記載のメモリーカード。
10. 前記メモリーカードはＳＤメモリーカードであり、前記拡張部を接合した部分が、セキュリティロックに隣接した部分である請求項７から９のいずれかに記載のメモリーカード。

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