JP2008021710A - Semiconductor module, and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体モジュールならびにその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor module and a manufacturing method thereof.
従来の半導体モジュールは、インターポーザー上にICチップ(ICチップ)、抵抗、コンデンサ及びコイル等の受動部品を平面的に配置した構成となっている。また、ICチップに至っては、複数のICチップを積層構造とすることにより小型化が図られており、ICチップとインターポーザーとの電気的な接続方法として、ワイヤーボンディングもしくは貫通電極により行なうことが一般的に用いられる方法であった。 A conventional semiconductor module has a configuration in which passive components such as an IC chip (IC chip), a resistor, a capacitor, and a coil are planarly arranged on an interposer. In addition, the IC chip is miniaturized by forming a plurality of IC chips in a laminated structure. As an electrical connection method between the IC chip and the interposer, wire bonding or through electrodes can be used. It was a commonly used method.
特許文献1には、モジュール基材上にベアチップ半導体とボンディング対応の電極を有する受動部品を実装し、これらのチップの電極上に設けたバンプによってマザーボー
ドに接続する方法が開示されている。
特許文献2には、はんだバンプをキャリア上に設けることで各ICチップを各接続パッドでキャリアに接合できるような構成が開示されている。
特許文献3には、半導体装置と該半導体装置を実装する配線基板との電気的な接続を、配線基板に形成された貫通電極により行なうことが開示されている。
しかしながら、上述した従来技術には、以下のような問題が存在する。
近年、ICチップ及び受動部品の高集積化に伴いICチップ等の外部接続端子が狭小化、狭ピッチ化される傾向にあり、それに従いインターポーザー上に形成される配線パターンも狭ピッチ化される傾向にある。このような構成では、半導体モジュールとしての小型化を図ることは困難であるとともに、配線間の短絡の虞もあることから品質信頼性の問題もあった。
However, the above-described conventional technology has the following problems.
In recent years, along with the high integration of IC chips and passive components, external connection terminals such as IC chips tend to be narrowed and narrowed, and accordingly, the wiring pattern formed on the interposer is also narrowed. There is a tendency. In such a configuration, it is difficult to reduce the size of the semiconductor module, and there is also a problem of quality reliability because there is a possibility of short circuit between wirings.
ICチップを高密度実装することを目的として、複数のICチップを一つのICパッケージに3次元的に納めるシステムインパッケージ(System in Package;SiP)の実用化が進められてきている。このSIP技術は、超小型化を必須とする携帯電話やデジタルカメラなどのモバイル製品を中心に急速に広まってきており、異機種チップの混載や大容量メモリの搭載等を可能とすることにより、機器の小型軽量化を図ることができるというものである。 For the purpose of high-density mounting of IC chips, a system in package (SiP) in which a plurality of IC chips are three-dimensionally housed in one IC package has been put into practical use. This SIP technology is rapidly spreading mainly in mobile products such as mobile phones and digital cameras that require ultra-miniaturization. By enabling mixed mounting of different types of chips and mounting of large-capacity memory, etc. The device can be reduced in size and weight.
最近においては、SIP技術を応用してICチップ上に複数の受動部品を搭載した形態が提案され始めている。この構成では、搭載した受動部品の電極とインターポーザーの電極とがワイヤーボンディングにより接続されている。しかしながら、受動部品の上部に設けられた電極上からボンディングワイヤが直接配されることから、ボンディングワイヤのループ高さ分だけ半導体モジュールの厚みが増していた。また、ボンディングワイヤの低プロファイル化、つまりワイヤループの高さを低く抑えようとする場合には、ボンディングワイヤがICチップの端部に接触してショートを引き起こしたり、ボンディングワイヤが切れてしまう虞があった。
このようなことから、品質の信頼性を確保しつつ半導体モジュールの薄型化(小型化)を図ることが課題となっていた。
Recently, a form in which a plurality of passive components are mounted on an IC chip by applying SIP technology has begun to be proposed. In this configuration, the electrode of the mounted passive component and the electrode of the interposer are connected by wire bonding. However, since the bonding wire is directly arranged on the electrode provided on the upper part of the passive component, the thickness of the semiconductor module is increased by the loop height of the bonding wire. Also, when the profile of the bonding wire is lowered, that is, when the height of the wire loop is to be kept low, the bonding wire may contact the end of the IC chip to cause a short circuit or the bonding wire may be broken. there were.
For this reason, it has been a challenge to reduce the thickness (downsize) of the semiconductor module while ensuring the reliability of quality.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、優れた信頼性を持って受動部品を実装でき、インターポーザー上の省スペース化及び半導体モジュールの小型化を可能にする半導体モジュールならびにその製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor capable of mounting passive components with excellent reliability, saving space on an interposer and reducing the size of a semiconductor module. It is to provide a module and a manufacturing method thereof.
本発明の半導体モジュールは、上記課題を解決するために、インターポーザー上に、能動面が前記インターポーザー側を向くように実装されたICチップを搭載してなる半導体モジュールにおいて、ICチップは、その裏面側に形成された接続パッドを有し、インターポーザーは、その表面側に形成された導電接続部を有してなり、ICチップの裏面の接続パッド上に受動部品が搭載され、ICチップの接続パッドとインターポーザーの導電接続部とがボンディングワイヤによって電気的に接続されていることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the semiconductor module of the present invention is a semiconductor module in which an IC chip mounted with an active surface facing the interposer is mounted on an interposer. The interposer has a conductive connection part formed on the front surface side, and a passive component is mounted on the connection pad on the back surface of the IC chip. The connection pad and the conductive connection portion of the interposer are electrically connected by a bonding wire.
このような構造によれば、ICチップとインターポーザーとの電気的導通が、接続パッド及び導電接続部間のワイヤーボンディングにより行なわれている。受動部品の電極からではなく、接続パッドから接続を取ることによって、受動部品上からボンディングワイヤが突出していた従来の構成と比べると半導体モジュール全体を薄型化することができる。また、ボンディングワイヤのループ高さは、従来のように受動部品の電極に直接接合された形態よりも、ICチップの裏面上に形成された接続パッドに接合する本発明の形態の方が低く抑えることができるので、半導体モジュールの更なる薄型化を実現することができる。また、ICチップ上に受動部品を搭載した構成となっているので、インターポーザー上の省スペース化に伴う半導体モジュールの小型化を図ることができるとともに、インターポーザー上の配線の引き廻しを少なくすることができる。
以上のことから、インターポーザーの配線設計の自由度が増すのでデザイン対応力を向上させることが可能となる。
According to such a structure, electrical conduction between the IC chip and the interposer is performed by wire bonding between the connection pad and the conductive connection portion. By connecting from the connection pad instead of from the electrode of the passive component, the entire semiconductor module can be made thinner as compared with the conventional configuration in which the bonding wire protrudes from the passive component. Further, the loop height of the bonding wire is lower in the embodiment of the present invention in which the bonding wire is bonded to the connection pad formed on the back surface of the IC chip than in the conventional embodiment in which the bonding wire is directly bonded to the electrode of the passive component. Therefore, the semiconductor module can be further reduced in thickness. In addition, since the passive component is mounted on the IC chip, it is possible to reduce the size of the semiconductor module to save space on the interposer and to reduce the wiring around the interposer. be able to.
From the above, since the degree of freedom in the wiring design of the interposer is increased, it is possible to improve the design compatibility.
また、ICチップとインターポーザーとはワイヤーボンディングによる接続であることから、貫通電極を用いることなく電気的に接続することができる。よって、貫通電極用の孔をICチップに形成する必要がなく、作業工程数が削減されるとともに低コスト化を図ることができる。 Further, since the IC chip and the interposer are connected by wire bonding, they can be electrically connected without using a through electrode. Therefore, it is not necessary to form a hole for the through electrode in the IC chip, and the number of work steps can be reduced and the cost can be reduced.
また、ICチップの裏面に、前記接続パッドと電気的に接続された配線が設けられ、配線は、金、銀、銅、ニッケルのうち1つもしくは2つ以上の材料からなることも好ましい。
これらの材料を用いることで、安価に且つ接続信頼性に優れた配線を形成することができる。
Further, it is also preferable that a wiring electrically connected to the connection pad is provided on the back surface of the IC chip, and the wiring is made of one or more materials of gold, silver, copper, and nickel.
By using these materials, it is possible to form wiring that is inexpensive and excellent in connection reliability.
また、配線の表面に絶縁層が形成されることも好ましい。
このような構造によれば、配線の表面に絶縁層を形成することにより、配線間の短絡を防ぐことができる。
It is also preferable that an insulating layer be formed on the surface of the wiring.
According to such a structure, a short circuit between wirings can be prevented by forming an insulating layer on the surface of the wiring.
また、ICチップの能動面に電極端子が設けられ、電極端子は金バンプ若しくははんだバンプにより構成され、電極端子がインターポーザー側のICチップ接続用電極に対して接続されるように、インターポーザー上にICチップをフリップチップ実装することも好ましい。
このような構造によれば、フリップチップ実装技術により、小型化が図れるとともに実装が容易となる。また、ベアチップ(ICチップ)をそのまま実装するため、短時間で生産でき、ローコスト化への対応力に優れたものとすることができる。
In addition, an electrode terminal is provided on the active surface of the IC chip, the electrode terminal is constituted by a gold bump or a solder bump, and the electrode terminal is connected to the IC chip connection electrode on the interposer side. It is also preferable to flip-chip mount the IC chip.
According to such a structure, the flip chip mounting technique can reduce the size and facilitate the mounting. Further, since the bare chip (IC chip) is mounted as it is, it can be produced in a short time and can be excellent in the ability to cope with low cost.
また、ICチップとインターポーザーとが、異方性導電性フィルム、異方性導電性ペースト、非導電性ペースト、のうちのいずれかからなる第1接合材により接合されたことも好ましい。
このような構造によれば、ICチップがインターポーザーにフリップチップ実装されているため、これら樹脂系接合材(ACF、ACP、NCP)からなる第1接合材を介してICチップがインターポーザー上に密着固定される。したがって、ICチップのインターポーザーに対する接合強度を向上させることができる。導電性粒子を含むACF、ACPにより、フリップチップ実装時に熱圧着することで、圧着部分、つまり、ICチップとインターポーザーとの接続部分における接続方向に対しては導電性を示す一方、接続部分に直交する方向に対しては絶縁性という電気的異方性を示すことになる。電気的異方性は、ICチップ及びインターポーザーの電極端子間に少なくとも一つの導電性粒子が存在することによって可能となる。これらのことから、対向するICチップ及びインターポーザーの電極端子同士を電気的に導通させるだけでなく、接続部分を機械的に固定することができる。一方、NCPは非導電性であるので、接続してはいけないインターポーザーの電極とICチップの電極端子との絶縁保護を図ることができる。
Moreover, it is also preferable that the IC chip and the interposer are bonded by a first bonding material made of any one of an anisotropic conductive film, an anisotropic conductive paste, and a non-conductive paste.
According to such a structure, since the IC chip is flip-chip mounted on the interposer, the IC chip is placed on the interposer via the first bonding material made of these resin-based bonding materials (ACF, ACP, NCP). Closely fixed. Therefore, the bonding strength of the IC chip to the interposer can be improved. ACF and ACP containing conductive particles are thermocompression bonded at the time of flip-chip mounting, so that conductivity is exhibited in the direction of connection at the crimped portion, that is, the connecting portion between the IC chip and the interposer. An electric anisotropy of insulating property is exhibited with respect to a direction perpendicular to the direction. Electrical anisotropy is made possible by the presence of at least one conductive particle between the electrode terminals of the IC chip and the interposer. From these things, not only can the electrode terminals of the IC chip and the interposer facing each other be electrically connected, but also the connection portion can be mechanically fixed. On the other hand, since NCP is non-conductive, insulation protection between the electrode of the interposer that should not be connected and the electrode terminal of the IC chip can be achieved.
また、ICチップとインターポーザーとの間に、アンダーフィル材からなる第1接合材が充填されたことも好ましい。
このような構造によれば、ICチップとインターポーザーとの接合にアンダーフィル材からなる第1接合材を用いることにより、ICチップ及びインターポーザー間に生じる熱膨張係数の相違により生じる応力を吸収することができる。これにより、ヒートサイクル等の熱的応力に対する接続信頼性の向上、及び衝撃や折り曲げ等の物理的応力に対する接続信頼性の向上を図ることができる。
It is also preferable that a first bonding material made of an underfill material is filled between the IC chip and the interposer.
According to such a structure, by using the first bonding material made of the underfill material for bonding the IC chip and the interposer, the stress generated by the difference in thermal expansion coefficient generated between the IC chip and the interposer is absorbed. be able to. Thereby, the connection reliability with respect to thermal stress such as a heat cycle can be improved, and the connection reliability with respect to physical stress such as impact or bending can be improved.
また、受動部品は、接続パッド上に供給される第2接合材を介して接合されることも好ましい。
このような構造によれば、受動部品が接続パッド上に第2接合材を介して搭載されるため、これら受動部品が接続パッド上に密着固定される。したがって、受動部品のICチップに対する接合強度を向上させることができる。
Moreover, it is also preferable that a passive component is joined via the 2nd joining material supplied on a connection pad.
According to such a structure, since the passive components are mounted on the connection pads via the second bonding material, these passive components are firmly fixed on the connection pads. Therefore, the bonding strength of the passive component to the IC chip can be improved.
また、第2接合材は、無鉛はんだ或いは導電性樹脂からなることも好ましい。
このような構造によれば、無鉛はんだ或いは導電性樹脂からなる第2接合材を用いることにより、受動部品を接続パッド上に良好に接合させることができるとともに、接続パッドとの電気的導通を得ることができる。なお、無鉛はんだを使用すれば環境に配慮することができる。
The second bonding material is also preferably made of lead-free solder or conductive resin.
According to such a structure, by using the second bonding material made of lead-free solder or conductive resin, the passive component can be satisfactorily bonded onto the connection pad, and electrical conduction with the connection pad is obtained. be able to. If lead-free solder is used, the environment can be considered.
また、接続パッドは、金又はアルミから形成されることも好ましい。
このような構造によれば、ワイヤーボンディングの際、Au(Al)からなる一般的なボンディングワイヤとの接合信頼性がよく、加工も施し易い。
In addition, the connection pad is preferably formed from gold or aluminum.
According to such a structure, at the time of wire bonding, the bonding reliability with a general bonding wire made of Au (Al) is good, and processing is also easy.
また、受動部品は、その電極の表面に金めっきが施されていることも好ましい。
このような構成によれば、受動部品の表面に金めっきが施されていることから、金、アルミからなるワイヤーボンディングの接合を良好にすることができる。これにより、安定した電気的接続を確保することができる。
Moreover, it is preferable that the surface of the electrode of the passive component is gold-plated.
According to such a configuration, since the surface of the passive component is gold-plated, the bonding of wire bonding made of gold or aluminum can be improved. Thereby, stable electrical connection can be ensured.
また、ICチップ及び受動部品は、モールド材により封止された形態であることも好ましい。
このような構造によれば、ICチップ及び受動部品をモールド材によって封止することでパッケージ化されることから、ICチップ及び受動部品に対する機械的又は化学的な保護が得られるとともに、取り扱いも容易となる。
Moreover, it is also preferable that the IC chip and the passive component are sealed with a molding material.
According to such a structure, since the IC chip and the passive component are packaged by sealing with a molding material, mechanical or chemical protection for the IC chip and the passive component is obtained, and handling is also easy. It becomes.
本発明の半導体モジュールの製造方法によれば、インターポーザー上にICチップを搭載してなる半導体モジュールの製造方法において、ICウェハの裏面側に接続パッドを形成する工程と、ICウェハをダイシングして複数のICチップを形成する工程と、インターポーザーシート上にICチップを搭載する工程と、ICチップの接続パッド上へ受動部品を搭載する工程と、ICチップの接続パッドとインターポーザーシートの導電接続部とをワイヤーボンディングする工程と、ICチップ及び受動部品をモールド材によって封止する工程と、インターポーザーシートをダイシングして複数のインターポーザーを形成する工程と、とを備えたことを特徴とする。
このような製造方法によれば、ICチップと受動部品とを積層構造とすることにより、半導体モジュールを小型化することができる。
According to the method for manufacturing a semiconductor module of the present invention, in a method for manufacturing a semiconductor module in which an IC chip is mounted on an interposer, a step of forming connection pads on the back side of the IC wafer, and dicing the IC wafer A step of forming a plurality of IC chips, a step of mounting an IC chip on the interposer sheet, a step of mounting passive components on the connection pads of the IC chip, and a conductive connection between the connection pads of the IC chip and the interposer sheet And a step of sealing the IC chip and the passive component with a molding material, and a step of dicing the interposer sheet to form a plurality of interposers. .
According to such a manufacturing method, the semiconductor module can be reduced in size by forming the IC chip and the passive component in a laminated structure.
また、ICウェハの裏面側に接続パッドを形成する工程において、接続パッドと同時に配線を形成し、接続パッド及び配線を、めっき法、印刷法、インクジェット法、スパッタ法及びディスペンス法のいずれかを用いて形成することも好ましい。
このような製造方法によれば、ICチップの裏面側に配される配線及び接続パッド部の形成をウェハ状態で行なうことにより、配線及び接続パッド部を同時に形成することができるので、工程数が削減されて生産効率が向上する。また、配線の形成においては、めっき法、印刷法、インクジェット法、スパッタ法及びディスペンス法のいずれかを用いて形成されることから、配線の材料等の条件から適宜設定することができる。
Further, in the step of forming the connection pad on the back side of the IC wafer, wiring is formed simultaneously with the connection pad, and the connection pad and the wiring are any one of a plating method, a printing method, an inkjet method, a sputtering method, and a dispensing method. It is also preferable to form them.
According to such a manufacturing method, the wiring and the connection pad portion can be formed at the same time by forming the wiring and the connection pad portion arranged on the back side of the IC chip in the wafer state. Reduced production efficiency. In addition, since the wiring is formed by using any one of a plating method, a printing method, an ink jet method, a sputtering method, and a dispensing method, it can be appropriately set based on conditions such as a wiring material.
ICチップの接続パッド上へ受動部品を搭載する工程において、受動部品を、印刷法、ディスペンス法、インクジェット法のいずれかによって接続パッド上へ供給する第2接合材によって、接続パッドと接合させることも好ましい。
このような製造方法によれば、第2接合材の材料によって供給方法を設定することができる。また、受動部品を第2接合材を介して接続パッド上へと搭載することにより、受動部品と接続パッドとを確実に接合させることができる。
In the process of mounting the passive component on the connection pad of the IC chip, the passive component may be bonded to the connection pad by the second bonding material supplied onto the connection pad by any one of the printing method, the dispensing method, and the ink jet method. preferable.
According to such a manufacturing method, the supply method can be set according to the material of the second bonding material. Further, by mounting the passive component on the connection pad via the second bonding material, the passive component and the connection pad can be reliably bonded.
第2接合材として無鉛はんだ或いは導電性樹脂を用い、加熱することによって受動部品を接続パッドへと接合させることも好ましい。
このような製造方法によれば、受動部品と接続パッドとの電気的導通を得るとともに受動部品を接続パッド上に良好に固定させることができる。
It is also preferable to use lead-free solder or conductive resin as the second bonding material and to bond the passive component to the connection pad by heating.
According to such a manufacturing method, the electrical conduction between the passive component and the connection pad can be obtained, and the passive component can be satisfactorily fixed on the connection pad.
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の膜厚や寸法の比率などは適宜異ならせてある。
図1は、本実施の形態における半導体モジュールの構成を示す斜視図であって、図2は、半導体モジュールの概略構成を示す側断面図である。また、図3は、ワイヤーボンディングの態様を示す拡大平面図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the film thicknesses and dimensional ratios of the respective components are appropriately changed in order to make the drawings easy to see.
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a semiconductor module in the present embodiment, and FIG. 2 is a side sectional view showing a schematic configuration of the semiconductor module. FIG. 3 is an enlarged plan view showing an aspect of wire bonding.
本実施形態の半導体モジュール1は、図1に示すように、インターポーザー10と、ICチップ12と、複数の受動部品14,14’と、さらにこれらICチップ12及び受動部品14,14’を埋め込むようにして、インターポーザー10の主面10a全体に形成されるモールド材16とからなるシステムインパッケージ(SiP)の構成をなすものである。ICチップ12上に搭載される受動部品14’は、ワイヤーボンディング方式によりインターポーザー10と電気的に接続されている。
As shown in FIG. 1, the
インターポーザー10は平面視矩形状を呈し、その主面10aの略中央に、能動面12a側を対向させたICチップ12が実装されている。ICチップ12は、インターポーザー10の長辺より短い長辺を有する平面視矩形状を呈しており、その長辺をインターポーザー10の長辺に沿わせた方向で搭載されている。ICチップ12は、上述したように、その能動面12aをインターポーザー10の主面10aと対向させた状態でフリップチップ実装され、能動面12a及び主面10a間に介在する接合材15によって、インターポーザー10上へと固定されている。
The
インターポーザー10の主面10aには、ICチップ12の他にも複数の受動部品14が搭載されている。これら受動部品14は、ICチップ12の周辺部に配置されるとともにインターポーザー10の各辺に沿って配列されている。さらに、ICチップ12及び受動部品14とは干渉しない位置に、水晶振動子等の発振素子24が搭載されている。このような発振素子24を用いた発振回路を形成することで、半導体モジュール1の発振動作が安定化される。
In addition to the
また、ICチップ12の裏面12b上には、複数の受動部品14’が搭載されている。ICチップ12に搭載される受動部品14’は、ICチップ12の二つの長辺に沿って配置され、ボンディングワイヤ25を介してインターポーザー10側と電気的な接続が得られる構成となっている。
A plurality of
ここで、受動部品14,14’は、例えば、プルダウン抵抗やプルアップ抵抗等の抵抗、カップリングコンデンサ等のコンデンサ、コイル、インダクタであって、これら受動部品14,14’は、図1に示すように一対の電極14a,14aを有したものである。特に、受動部品14’における各電極14aの表面には、Auめっきが施されており、これによって、後述するボンディングワイヤー25との接合性を向上させている。
Here, the
次に、図1〜3に基づいて半導体モジュールの構成についてより詳しく説明する。
インターポーザー10は、例えばガラス繊維を含んだエポキシ樹脂(ガラス・エポキシ樹脂)のような汎用樹脂を主体として構成された配線基板であって、各種電子機器のマザーボードに実装する際の中継基板として機能するものである。
Next, the configuration of the semiconductor module will be described in more detail with reference to FIGS.
The
図2に示すように、インターポーザー10の裏面10b側には、後述の主面10a側における所定のインターポーザー側接続パッド部19及びボンディングパッド21に接続された電極部27が形成されており、それぞれの電極部27上にバンプボール等を接続することで構成される電極端子26を複数有している。このインターポーザー10の電極端子26が、半導体モジュール1の外部接続端子として機能することになる。
As shown in FIG. 2, on the
インターポーザー10の主面10a(上面)には、配線(図示略)及びICチップ接続用電極22が形成されている。さらに、このICチップ接続用電極22を避けるようにして、受動部品14を搭載するためのインターポーザー側接続パッド部19(接続パッド)と、ワイヤーボンディングによりICチップ12との電気的な接続を得るためのボンディングパッド21(導電接続部)とが形成されている。
On the
インターポーザー側接続パッド部19は、図1に示すように、搭載すべき受動部品14の数に応じて主面10aの周縁に配列されている。インターポーザー側接続パッド部19は、Al(アルミニウム)やAu(金)等より平面視矩形状に形成される一対の電極パッド19a,19aにより構成されてなるものである。そして、各電極パッド19a,19aは、その配置方向をインターポーザー10の各辺に沿わせた状態で互いに所定間隔をおいて配置されている。このインターポーザー側接続パッド部19の構成材料については、インターポーザー側接続パッド部19に必要とされる電気的特性及び物理的特性に応じて適宜変更が可能である。また、ボンディングワイヤ25の材質によっても適宜変更可能となっている。
As shown in FIG. 1, the interposer-side
このようなインターポーザー側接続パッド部19上に受動部品14が搭載されるのであるが、このとき、受動部品14は、その各電極14a,14aが一対の電極パッド19a,19aにそれぞれ接続するような方向で配置される。そのため、電極パッド19a,19aの配置間隔を受動部品14の電極14a,14aの位置に合わせて適宜設定されるようにする。
The
図2に示すように、受動部品14はインターポーザー側接続パッド部19上に供給される接着材5(第2接合材)を介して搭載されている。接着材5としては、無鉛はんだや導電性を有する樹脂等が用いられ、印刷法、ディスペンス(定量吐出)及びインクジェット法のいずれかにてインターポーザー側接続パッド部19上に供給される。このような材料を用いることにより、受動部品14の各電極14a,14aが、各インターポーザー側接続パッド部19の電極パッド19a,19aとそれぞれ電気的に接続されるとともに、インターポーザー10に対して受動部品14が機械的に固定されることになる。なお、接着材5に関して、環境に配慮する意味では無鉛はんだが好ましい。
As shown in FIG. 2, the
ボンディングパッド21は、図1,2に示すように、Al又はAu等から例えば平面視矩形状に形成され、インターポーザー10の主面10aの二つの長辺に沿うとともに少なくともインターポーザー側接続パッド部19よりも内方側(ICチップ12の近傍)に配置されている。本実施形態におけるボンディングパッド21は、後述のボンディングワイヤ25と同様の材料であることが好ましい。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
そして、インターポーザー10には、これらICチップ接続用電極22、インターポーザー側接続パッド部19及びボンディングパッド21を露出させるようにして主面10a全体を覆う絶縁層2が設けられている。本実施形態における絶縁層2は、SiO2等により0.1μm〜1.0μm程度の厚さで形成されている。
このような構成をなすインターポーザー10の主面10a上にICチップ12が搭載される。
The
The
ICチップ12は、図1、2に示すように、シリコンにより所定の厚さを有して平面視矩形状に形成され、その能動面12a側にトランジスタやメモリ部、その他の電子部品からなる集積回路(不図示)が形成されてなるものである。能動面12aには、複数の電極端子13が形成されている。電極端子13は、能動面12aに形成された不図示の電極上の所定箇所に、金バンプ若しくははんだバンプ等が形成されることにより構成され、断面視において円形状又は正方形状を呈している。そして、これら電極端子13の下方には集積回路が形成されないようになっている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
一方、ICチップ12の能動面12aとは反対側の面(裏面12b)には、その周縁に、複数のICチップ側接続パッド部18(接続パッド)と、パッド間配線17とが形成されている。ICチップ側接続パッド部18は、上記したインターポーザー側接続パッド部19と同様の構成をなしている。パッド間配線17は、複数のICチップ側接続パッド部18のうちのいずれかを繋ぐようにして形成されている。
On the other hand, on the surface (back
ICチップ側接続パッド部18は、Al(アルミニウム)やAu(金)等より平面視矩形状に形成される一対の電極パッド18a,18aを有してなり、各電極パッド18a,18aの配置方向が裏面12bの二つの長辺に沿うようにして配列されている。このICチップ側接続パッド部18の構成材料についても、ICチップ側接続パッド部18に必要とされる電気的特性及び物理的特性に応じて適宜変更が可能であるとともに、後述するボンディングワイヤ25の材質によっても適宜変更可能となっている。
The IC chip side
そして、このようなICチップ側接続パッド部18には、当該ICチップ側接続パッド部18上に供給される接着材5を介して受動部品14’が搭載されている。このとき、図3に示すように、受動部品14’の各電極14a,14aがICチップ側接続パッド部18の各電極パッド18a,18aにそれぞれ接続されるようにして配置される。
The
また、図1に示すように、ICチップ12の裏面12bには、所定のICチップ側接続パッド部18間を繋ぐようにして配されるパッド間配線17が形成されている。パッド間配線17は、金、銀、銅、ニッケルのうちのいずれか1つ、或いは2つ以上を組み合わせてなる材料から構成され、めっき法、印刷法、インクジェット法、スパッタ法、ディスペンス法のいずれかにより形成されたものである。ここで例えば、パッド間配線17の構成材料をニッケル−金とした場合、本実施形態においては、ニッケルが5.0μm、金が0.2〜1.0μm程度の厚みを有して形成される。このような材料を用いることで、安価に且つ接続信頼性に優れた配線を形成することができる。
なお、必要に応じてパッド間配線17の表面にレジスト(絶縁層)を設けてもよく、これにより、電流リークの発生、酸素や水分等による浸食等が防止されるので安定した接続が可能となる。
Further, as shown in FIG. 1,
If necessary, a resist (insulating layer) may be provided on the surface of the
このようなICチップ12は、電極端子13がインターポーザー10側のICチップ接続用電極22に対して接続されるように、インターポーザー10上に実装されている。ICチップ12は、能動面12a側に形成された電極端子13とインターポーザー10側のICチップ接続用電極22とが接続することによって、インターポーザー10側との電気的な導通を得ている。そして、ICチップ12は、ICチップ12の能動面12aとインターポーザー10の主面10aとの隙間に充填される接合材15(第1接合材)を介してインターポーザー10へと固定された構成となっている。
Such an
接合材15には、異方性導電フィルム(ACF:Anisotropic Conductive Film)、異方性導電ペースト(ACP:Anisotropic Conductive Paste)及び非導電性ペースト(NCP:Non-Conductive Paste)、アンダーフィル材のうちのいずれかが用いられている。
The
ここで、ACF、ACPを用いる場合には、含まれる導電性粒子により、ICチップ12の電極端子13とインターポーザー10のICチップ接続用電極22との接続部分における接続方向に対しては導電性を示す一方、接続部分に直交する方向に対しては絶縁性という電気的異方性を示すことになる。電気的異方性は、ICチップ12の電極端子13とインターポーザー10のICチップ接続用電極22との間に少なくとも一つの導電性粒子が存在することによって可能となる。そのため、対向する電極端子13及びICチップ接続用電極22同士を電気的に導通させるだけでなく、接続部分が機械的に固定される。
Here, when ACF or ACP is used, the conductive particles contained therein are conductive in the connection direction at the connection portion between the
接合材15としてNCP及びアンダーフィル材を用いる場合には、電極端子13及びICチップ接続用電極22との接続を保持した状態で、ICチップ12及びインターポーザー10を固定させることができる。また、NCP及びアンダーフィル材は非導電性であるので、接続されてはならないインターポーザー10側の電極とICチップ12側の電極との絶縁保護を図ることができる。
When NCP and an underfill material are used as the
このようにして、ICチップ12がインターポーザー10に対してフリップチップ実装されることによって、ICチップ12の能動面12aがインターポーザー10側と電気的に接続されている。
In this way, the
そして、図2,3に示すように、ICチップ12の裏面12bとインターポーザー10とは、ICチップ側接続パッド部18及びボンディングパッド21間を繋ぐボンディングワイヤ25によって電気的に接続されている。ボンディングワイヤ25としては、Al(アルミニウム)やAu(金)等の金属材料を用いて、例えば、5.0μm程度で構成されたものを使用する。AlやAuは、電気抵抗が非常に小さく、加工も施し易い。また、受動部品14’の電極14a,14aの表面には金めっきが施されていることから、電極14a,14aと上記材料からなるボンディングワイヤ25との接合性が良い。さらに、ボンディングパッド21においても、ボンディングワイヤ25を構成する材料(Al又はAu等)と同じ材料により形成されていることから、ボンディングパッド21とボンディングワイヤ25との接合性が良い。これにより、安定した接続を確保することができる。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
このように、ICチップ側接続パッド部18及びボンディングパッド21を、ボンディングワイヤ25と同じ材料により構成することによって、ICチップ側接続パッド部18及びボンディングパッド21に対するボンディングワイヤ25の接合性が良好なものとなる。これにより、ワイヤーボンディングの接続信頼性を向上させることができる。
As described above, the bonding property of the
モールド材16は、ICチップ12、受動部品14,14’及び発振素子24の全てを埋め込むようにして、インターポーザー10の主面10a上に形成されている。モールド材16としては、所定の粒径のシリカを分散させた熱硬化型エポキシ系樹脂からなるものを使用する。このように、モールド材16によって、ICチップ12、受動部品14,14’及び発振素子24を封止することにより、これらICチップ12、受動部品14,14’及び発振素子24に対する機械的又は化学的な保護を得ることができる。
The
このような構成の半導体モジュール1は、インターポーザー10に接続される電極端子26を介して各種電子機器のマザーボードに実装されることになる。
The
なお、ICチップ接続用電極22及び電極部27は、主面10a及び裏面10bの周辺部にそれぞれ形成される電極素子から引き廻された再配置配線の一部が電極として機能するものである。本実施形態において、電極素子及び再配置配線についての説明は省略してあるがこれは従来公知の構成である。
In the IC
次に、本実施形態の半導体モジュールの製造方法について説明する。
図4は、ICチップの基体(基板本体)となるシリコンICウェハ及びインターポーザーの基体となる配線基板を示す斜視図である。また、図5,6は、本実施の形態における半導体モジュールの製造手順を示す工程図である。
半導体モジュール1を製造するには、まず、ICチップ12を製造する必要がある。そのため、まず最初にICチップ12の製造方法について、図4に基づいて説明し、適宜図2を参照する。
Next, the manufacturing method of the semiconductor module of this embodiment is demonstrated.
FIG. 4 is a perspective view showing a silicon IC wafer that is a base (substrate body) of an IC chip and a wiring board that is a base of an interposer. 5 and 6 are process diagrams showing the manufacturing procedure of the semiconductor module in the present embodiment.
In order to manufacture the
ICチップ12は、ウェハの状態において一括して配線、ICチップ側接続パッド部18及びバンプ等の形成を行ってから個々のICチップに分離する、W−CSP(Wafer level Chip Scale Package)技術を利用して形成される。
The
ICチップ12を製造するにあたっては、まず、図4に示すような単結晶シリコンからなるシリコンICウェハ4を用意する。そして、その主面4a(ICチップ12の能動面12aに相当)に集積回路及び電極を形成し、その後、集積回路、電極を覆うようにしてシリコンICウェハ4上にパッシベーション膜を一面に形成する。このシリコンICウェハ4は、ダイシングラインLによって区画される複数のICチップ形成領域3を有してなるものである。そして、裏面4bにおけるICチップ形成領域3毎に所定数の電極端子13(図2参照)が存在するように構成される。なお、図4において、集積回路、電極、パッシベーション膜の図示は省略するものとする。
In manufacturing the
そして、図2,4に示すように、電極端子13を、主面4aの各ICチップ形成領域3の周辺部に位置する不図示の電極上に、金バンプ若しくははんだバンプ等を公知の方法で所定高さに一括形成する。また、その高さは適宜設定されるものとするが、全てのバンプの高さを均一として所定パターンで形成する。
Then, as shown in FIGS. 2 and 4, the
次に、シリコンICウェハ4の裏面4b(ICチップ12の裏面12bに相当)側において、ICチップ形成領域3毎にパッド間配線17及びICチップ側接続パッド部18を形成し、必要に応じてパッド間配線17上にレジストを形成する。そして、ICチップ側接続パッド部18上の所定の箇所に接着材5を供給して受動部品14を搭載して固定する。その後、シリコンICウェハ4をダイシングラインLに沿ってダイシング(切断)することによって、図2に示すようなICチップ12が複数形成される。このようにして、ICチップ12を用意する。
Next, on the
次に、半導体モジュール1を製造するには、上記したICチップ12、複数の受動部品14,14’を揃え、さらに、図4に示すような、複数のインターポーザー10を多面取り可能な配線基板30(インターポーザーシート)を用意する。
Next, in order to manufacture the
配線基板30は、ダイシングラインLによって区画される複数のインターポーザー領域31を有してなるもので、その主面30aには、インターポーザー領域31毎に所定数のボンディングパッド、インターポーザー側接続パッド部が形成されている。一方、裏面30bには電極端子が既に形成されているものとする。図4において、電極端子、ボンディングパッド、インターポーザー側接続パッド部の図示は省略する。
The
以下の説明において、半導体モジュール1の製造工程の説明をより分かり易くするために、図4とともに図5,6を参照し、配線基板30上における1つのインターポーザー領域31における構成に着目して述べることにする。ここで、図5,6に示す工程図は、配線基板30上における1つのインターポーザー領域31における構成を中心に図示してある。
In the following description, in order to make the description of the manufacturing process of the
まず、図4及び図5(a)に示すように、配線基板30の主面30aにおける各インターポーザー領域31の所定箇所にフリップチップ方式でICチップ12を実装し、ICチップ12の電極端子13と配線基板30のICチップ接続用電極22とを接続する。その後、図5(b)に示すように、ICチップ12と配線基板30との隙間に、本実施形態においては、アンダーフィル樹脂(アンダーフィル材)からなる接合材15を充填する。続いて、加熱及び硬化させることにより、ICチップ12側の電極端子13と配線基板30側のICチップ接続用電極22とが接合して導通が得られる。接合材15としてアンダーフィル樹脂を用いることにより、熱的応力、物理的応力に対して接続信頼性が保持される。また、低温且つ短時間で硬化させることができるので、他の電子部品へ与える影響を低く抑えることができる。
First, as shown in FIG. 4 and FIG. 5A, the
また、電極端子13とICチップ接続用電極22との接続は、配線基板30上に異方性導電性樹脂又は非導電性樹脂等からなる接合材を予め塗布しておき、この接合材を加熱或いは溶融させることによっても可能となる。このとき、加熱加圧及び超音波振動を印加することにより、ICチップ12の電極端子13が配線基板30側の所定のICチップ接続用電極22上にある接合材を排除し、ICチップ12側の電極端子13が配線基板30側のICチップ接続用電極22と接合または接触することにより導通が得られる。
この場合は、アンダーフィル樹脂による接合材15を充填する工程が不要となる。
In addition, the
In this case, the step of filling the
次に、図5(c)に示すように、ICチップ12のICチップ側接続パッド部18及び配線基板30のインターポーザー側接続パッド部19上に接着材5を供給する。接着材5の供給方法としては、上記した印刷法、ディスペンス(定量吐出)及びインクジェット法のいずれかにてICチップ側接続パッド部18及びインターポーザー側接続パッド部19上に供給するものとする。そして、接着材5の上に受動部品14,14’をそれぞれ搭載し固定することによって、受動部品14’及びICチップ側接続パッド部18、受動部品14及びインターポーザー側接続パッド部19を接着材5を介して電気的に接続させる。
Next, as shown in FIG. 5C, the adhesive 5 is supplied onto the IC chip side
なお、受動部品14,14’の搭載には、既存のSMT(Surface Mounting Technology)マウンターやダイボンダーを用いることができる。
For mounting the
その後、図6(a)に示すように、ICチップ12のICチップ側接続パッド部18と配線基板30のボンディングパッド21とをボンディングワイヤ25により結線する。ボンディングワイヤ25のボンディングは、例えば超音波振動と熱圧着とを併用したワイヤボンダを使用して行うものとする。
Thereafter, as shown in FIG. 6A, the IC chip side
また、ICチップ側接続パッド部18と配線基板30上のボンディングパッド21との結線は、受動部品14’をICチップ12上に搭載する前に行っておくこともできる。
Further, the connection between the IC chip side
また、ボンディングワイヤ25を形成する前に、プラズマ処理を行ってもよい。これにより、ICチップ12のICチップ側接続パッド部18及び配線基板30のボンディングパッド21が清浄化される。なお、ここでは図示していないが、受動部品14’と他の受動部品14’とをボンディングワイヤ25を介して接続する構成とすることもできる。
Further, plasma processing may be performed before the
次に、配線基板30をモールド金型(図示略)に装着して、図6(b)に示すように、ICチップ12及び受動部品14,14’を埋め込むようにして、配線基板30の主面30a上をモールド材16で封止する。モールド金型へモールド材16を注入させる方法は、サイドゲートとよばれる通路から溶融しながら流し込むトランスファモールド方式が一般的であって、このような方式を用いてICチップ12や受動部品14,14’をモールド材16で封止してパッケージ化する。モールド材16としては、所定の粒径のシリカを分散させた熱硬化型エポキシ系樹脂からなるものを使用する。
Next, the
モールド材16の形成方法としては、上記したモールド金型によるものではなく、スピンコートによる成膜やドライフィルム等を貼着することによっても可能である。
The
その後、配線基板30をダイシングラインLに沿ってダイシングする。具体的には、ダイヤモンドブレード40を用いて切断するものとしており、ダイシングにより配線基板30を個片化することにより、図1,2に示すような半導体モジュール1が複数得られる。
Thereafter, the
なお、配線基板30をダイシングした後にモールド材16による封止を行っても良い。
Note that sealing with the
このように、ICチップ12の裏面12b側にICチップ側接続パッド部18及びパッド間配線17を施して受動部品14’を搭載した構成とすることにより、ICチップ12の能動面12aとインターポーザー10との導通は、フリップチップ方式による電極端子13及びICチップ接続用電極22の接合にて行われる。そのため、ワイヤーボンディングによる接続は、受動部品14’とインターポーザー10側との導通のみとなるため、多数のボンディングワイヤ25を引き廻す必要がなく、基板上の構成を簡素化することができる。よって、インターポーザー10の配線設計の自由度が増すのでデザイン対応力を向上させることが可能となる。
In this way, the
このようなフリップチップ実装技術を採用することによって、短時間で生産でき、ローコスト化への対応力に優れたものとすることができる。 By adopting such a flip-chip mounting technique, it is possible to produce in a short time and to have excellent ability to cope with low cost.
また、受動部品14’の各電極14a,14aからではなく、ICチップ側接続パッド部18からボンディングパッド21に対してワイヤーボンディングを施すことによって、インターポーザー10との接続距離を短くすることができるので、ボンディングワイヤ25の長さを短くすることができる。これにより、接続間の抵抗を抑えることができたり、信号の劣化を低減することができたりする。よって、半導体モジュール1の品質を確保することができる。
Further, by performing wire bonding from the IC chip side
さらに、ボンディングワイヤ25のループが受動部品14’から突出しないようにできるため、半導体モジュール1の薄型化が可能になるとともにボンディングワイヤ25の低プロファイル化を図ることも可能である。これにより、ICチップ側接続パッド部18及びボンディングパッド21間の抵抗を低減することができたり、信号の劣化を防いだりすることができる。その結果、半導体モジュール1の性能を良好に維持することができる。
Furthermore, since the loop of the
さらに、ICチップ12上にも受動部品14’を搭載したことで、インターポーザー10上における実装部品の高集積化に伴う狭ピッチ化が解消される。したがって、半導体モジュール1の小型化を実現することが可能となる。
Further, since the
また、ICチップ12とインターポーザー10との接合にアンダーフィル材からなる接合材15を用いることにより、ICチップ12及びインターポーザー10間に生じる熱膨張係数の相違により生じる応力を吸収することができる。これにより、ヒートサイクル等の熱的応力に対する接続信頼性の向上、及び衝撃や折り曲げ等の物理的応力に対する接続信頼性の向上を図ることができる。
Further, by using the
また、ICチップ12とインターポーザー10とはワイヤーボンディングによる接続であることから、貫通電極を用いることなく電気的に接続することができる。よって、貫通電極用の孔をICチップ12に形成する必要がなく、作業工程数が削減されるとともに低コスト化を図ることができる。
Further, since the
なお、受動部品14は、ICチップ12の動作および電気的接続の妨げにならない限り、インターポーザー10のどの位置に配置してもよい。また、図7に示すように、受動部品14の底面に接着層50を予め形成しておいてもよく、この場合、受動部品14の底面全体に接着層50が形成されている。接着層50の形成は、受動部品14が個片化される前に、複数の受動部品14の集合体の裏面に導電性を有する接着材を塗布するか、或いはフィルム状の接着テープ等を貼着することにより行なわれ、これらをダイシングすることにより接着層50を有した受動部品14が複数得られる。これにより、製造工程が簡略化することができる。また、接着層50は受動部品14と略同一の大きさに形成されるので、ICチップ12上で、受動部品14が搭載される領域以外には接着層50が設けられないことから作業性が良い。なお、接着層50は受動部品14’にも応用することができる。
The
1…半導体モジュール、2…絶縁層、3…形成領域、4…シリコンICウェハ、4a…主面、4b…裏面、5…接着材(第2接合材)、L…ダイシングライン、10…インターポーザー、10a…主面、10b…裏面、12…チップ、12a…能動面、12b…裏面、13…電極端子、14,14’…受動部品、14a…電極、15…接合材(第1接合材)、16…モールド材、17…パッド間配線、18…ICチップ側接続パッド部、18a…電極パッド、19…インターポーザー側接続パッド部、21…ボンディングパッド(導電接続部)、22…ICチップ接続用電極部、24…発振素子、25…ボンディングワイヤ、26…電極端子、27…電極部、30…配線基板、30a…主面、30b…裏面、31…インターポーザー領域、40…ダイヤモンドブレード、50…接着層
DESCRIPTION OF
Claims (15)
前記ICチップは、その裏面側に形成された接続パッドを有し、
前記インターポーザーは、その表面側に形成された導電接続部を有してなり、
前記ICチップの前記裏面の前記接続パッド上に受動部品が搭載され、
前記ICチップの前記接続パッドと前記インターポーザーの前記導電接続部とがボンディングワイヤ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モジュール。 In a semiconductor module comprising an IC chip mounted on an interposer so that the active surface faces the interposer side,
The IC chip has a connection pad formed on the back side thereof,
The interposer has a conductive connection portion formed on the surface side thereof,
Passive components are mounted on the connection pads on the back surface of the IC chip,
The semiconductor module, wherein the connection pad of the IC chip and the conductive connection part of the interposer are electrically connected by a bonding wire.
前記配線は、金、銀、銅、ニッケルのうち1つもしくは2つ以上の材料からなることを特徴とする請求項1記載の半導体モジュール。 A wiring electrically connected to the connection pad is provided on the back surface of the IC chip,
2. The semiconductor module according to claim 1, wherein the wiring is made of one or more materials of gold, silver, copper, and nickel.
ICウェハの裏面側に接続パッドを形成する工程と、
前記ICウェハをダイシングして複数のICチップを形成する工程と、
前記インターポーザーシート上に前記ICチップを搭載する工程と、
前記ICチップの前記接続パッド上へ受動部品を搭載する工程と、
前記ICチップの前記接続パッドと前記インターポーザーシートの導電接続部とをワイヤーボンディングする工程と、
前記ICチップ及び前記受動部品をモールド材によって封止する工程と、
前記インターポーザーシートをダイシングして複数のインターポーザーを形成する工程と、を備えたことを特徴とする半導体モジュールの製造方法。 In a method for manufacturing a semiconductor module in which an IC chip is mounted on an interposer,
Forming a connection pad on the back side of the IC wafer;
Dicing the IC wafer to form a plurality of IC chips;
Mounting the IC chip on the interposer sheet;
Mounting passive components on the connection pads of the IC chip;
Wire bonding the connection pads of the IC chip and the conductive connection portions of the interposer sheet;
Sealing the IC chip and the passive component with a molding material;
And a step of dicing the interposer sheet to form a plurality of interposers.
前記接続パッドと同時に配線を形成し、
前記接続パッド及び前記配線を、めっき法、印刷法、インクジェット法、スパッタ法及びディスペンス法のいずれかを用いて形成することを特徴とする請求項11記載の半導体モジュールの製造方法。 In the step of forming connection pads on the back side of the IC wafer,
A wiring is formed simultaneously with the connection pad,
12. The method of manufacturing a semiconductor module according to claim 11, wherein the connection pad and the wiring are formed using any one of a plating method, a printing method, an ink jet method, a sputtering method, and a dispensing method.
前記受動部品を、印刷法、ディスペンス法、インクジェット法のいずれかによって前記接続パッド上へ供給する第2接合材により、前記接続パッドと接合させることを特徴とする請求項11記載の半導体モジュールの製造方法。 In the step of mounting passive components on the connection pads of the IC chip,
The semiconductor module according to claim 11, wherein the passive component is bonded to the connection pad by a second bonding material supplied onto the connection pad by any one of a printing method, a dispensing method, and an inkjet method. Method.
14. The method of manufacturing a semiconductor module according to claim 13, wherein lead-free solder or conductive resin is used as the second bonding material, and the passive component is bonded to the connection pad by heating.
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JP2006190238A Withdrawn JP2008021710A (en) | 2006-07-11 | 2006-07-11 | Semiconductor module, and manufacturing method thereof |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2008021710A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015130492A (en) * | 2013-12-05 | 2015-07-16 | ローム株式会社 | semiconductor module |
-
2006
- 2006-07-11 JP JP2006190238A patent/JP2008021710A/en not_active Withdrawn
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2015130492A (en) * | 2013-12-05 | 2015-07-16 | ローム株式会社 | semiconductor module |
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