JP2008204037A - 半導体モジュールおよびカード型情報装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】半導体素子を高密度に実装する際に生産性を向上させた半導体モジュールおよびカード型情報装置を提供すること。
【解決手段】少なくとも一方の面103に半導体素子106が搭載され半導体素子106の信号を取り出す取り出し電極107が一端のみに設けられた基板104と、第1の面108および第2の面110a〜110dを交互に複数組形成した階段部112を少なくとも1つ設けるとともに第1の面108に電気的な接続端子109を設けた基体102とを備え、取り出し電極107が接続端子109に接続された構成とする。
【選択図】図1

Description

本発明は、半導体素子が搭載された基板を高密度に実装する半導体モジュールおよびカード型情報装置に関する。
電子機器の小型化に伴い、半導体素子を高密度に実装して1つのパッケージである基体に収納する半導体モジュールが必要とされてきている。またカード型情報装置は、その平面的な大きさや厚みが規格により決まっている場合が多く、高機能な情報装置とするためには決められた空間内により多くの半導体素子を実装する必要がある。
ここで半導体素子を高密度に実装する方法として、基体の厚み方向に半導体素子を積層する方が、一平面内に多数の半導体素子を実装する場合に比べ、実装面積をそれほど大きくすることなく高密度な実装が可能となる。
図10は、このような基体の厚み方向に半導体素子を積層した従来例である特許文献1のパッケージの断面図である。図10に示すように、凹部5は内部の周辺部に段部52を有し、段部52に設けられたステッチ3にLSI2が電気的に接続されている。さらに、凹部5は内部の周辺部の段部52の上部に設けられた段部53を有し、この段部53に設けられたステッチ13にLSI12が電気的に接続されている。このようにパッケージ1の下部から上部に向けて拡がる開口部をパッケージ1に設け、その開口部にLSIが上下方向に積み重ねられて収容されることで、LSIの高密度な実装を行なえることが示されている。
特開平10−135406号公報
しかしながら特許文献1では、LSI12の外部接続端子とパッケージ1の内部配線との電気的な接続のために、基板11の両端がそれぞれ段部53のステッチ13に半田ボール16を介して接続されている。
このような基板11は、半導体モジュールに実装されカード型情報装置などの情報機器に内蔵されている。そして情報機器は、ハンドリング時に過大に押圧されたり、落下による衝撃を受けることも多い。このとき、基板11に荷重がかかり、曲げモーメントやねじりモーメントが加わると、基板11とパッケージ1との接続部にひびや破断を起こして損傷するという課題があった。
また特許文献1の形状の基体(パッケージ)では、開口部の大きさが基体の下部と上部とで異なるため、それぞれの段部に実装する基板の大きさも異なり、半導体素子をより高密度に実装しようとすれば、大きな基板には複数の半導体素子を搭載することになる。
そのため特許文献1の形状の基体では、基板の大きさがそれぞれ異なるとともに、それぞれの基板に搭載される半導体素子の個数も異なる場合がある。この場合、大きさや半導体素子を搭載する個数を変えた基板を個別に用意する必要があり、多種類の基板を少数用意することになるので、生産性が悪くなるという課題もあった。
本発明は上記の課題を解決するもので、半導体素子が搭載された基板を高密度に実装するとともに、信頼性や生産性に優れた半導体モジュールおよびカード型情報装置を提供することを目的としている。
上記の目的を達成するために本発明の半導体モジュールは、少なくとも一方の面に半導体素子が搭載され半導体素子の信号を取り出す取り出し電極が一端のみに設けられた基板と、第1の面および第2の面を交互に複数組形成した階段部を少なくとも1つ設けるとともに第1の面に電気的な接続端子を設けた基体とを備え、取り出し電極が接続端子に接続された構成とする。
このような構成の半導体モジュールとすると、基板の一端のみが基体と接続されているため、基板が押圧されて曲げモーメントや、ねじりモーメントが加わっても、その基板の他端は自由端であるため曲げ、ねじりモーメントが緩和される。そのため、基板と基体とが接続された接続部に加わる応力も小さくなり、接続部の損傷を起こしにくい信頼性の高い半導体モジュールを提供できる。さらに基板の一端のみを基体と接続する構成であるため、同一形状の基板を用いることができ、生産性も向上する。
また本発明の半導体モジュールの基体に複数の階段部が設けられてもよい。
このような複数の階段部が設けられた基体は、それぞれの第1の面に基板を接続でき、半導体素子が搭載された基板をより高密度に実装できる。
また本発明の半導体モジュールの複数の階段部はそれぞれ基体の下部から上部に向かう形状であり、基体の鉛直断面の形状が基体の上部から下部に向かうに従って幅広としてもよい。
このような基体は上部より下部が幅広の形状であるため、基体が比較的大きな体積を占めるが、下部から順次基板を実装でき、実装が容易となる。
また本発明の半導体モジュールの複数の階段部は基体の下部から上部に向かう形状と、基体の上部から下部に向かう形状とであるとともに、基体の鉛直断面は2つの階段部で囲まれた形状としてもよい。
このような形状の基体とすると、基体の体積を大きくすることなく基板を基体の厚み方向により多く積層できるので、半導体素子が搭載された基板をより高密度に実装できる。
また本発明の半導体モジュールは、基板が鉛直方向に積み重なる位置に階段部を複数個配置するとともに、それぞれの階段部の第2の面の高さを基板同士が鉛直方向に重ならない高さに設定してもよい。
このような半導体モジュールとしても、限られた空間内に基板をより高密度に積層できるため、半導体素子を搭載した基板の実装密度をさらに高めることができる。また、複数個の階段部を任意の向きに配置できるため、平面形状がL字型やT字型の空間にも実装できる。
また本発明の半導体モジュールの基板の他方の面にも半導体素子が搭載されてもよい。
このような半導体モジュールとすると、基板の両面に半導体素子を搭載するため半導体素子をさらに高密度に実装できる。
また本発明の半導体モジュールの基板は、可撓性を有してもよい。
可撓性を有する基板とすると、荷重が加わっても、より基板と基体との接続部の損傷を起こしにくい基板となる。
また本発明の半導体モジュールの半導体素子は、メモリチップとしてもよい。
さらに本発明のカード型情報装置は、上述の半導体モジュールに外部端子に接続する外部接続端子を設けたメモリモジュール基板と、半導体素子を制御する回路制御素子と、メモリモジュール基板および回路制御素子を内包する筐体とを備えた構成としてもよい。
このような構成のカード型情報装置は、半導体素子を搭載した基板の一端のみが接続され、他端は自由端となっている。そのため基板に外部から荷重が加わっても、自由端により荷重によるモーメントが緩和され、基板と基体との接続部の損傷を起こしにくい信頼性の高いカード型情報装置を提供することができる。
また本発明のカード型情報装置は、回路制御素子をメモリモジュール基板に取り付けてもよい。
このような構成により、メモリモジュール基板に凹部を設けて回路制御素子を収納することもでき、基板のさらに高密度な実装が可能となる。
本発明によれば、半導体素子が搭載された基板を高密度に実装でき、外部から荷重が加わっても基板と基体との接続部に加わるモーメントが緩和され、信頼性が高くまた同一形状の基板が使用できる生産性の優れた半導体モジュールおよびカード型情報装置を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態による半導体モジュールおよびカード型情報装置について図面を用いて説明する。また本発明の実施の形態では、半導体モジュールとしてメモリチップを搭載したメモリモジュール基板を例に説明する。
(第1の実施の形態)
図1(a)は本発明の第1の実施の形態のメモリモジュール基板の斜視図、図1(b)は図1(a)の平面図、図1(c)は図1(b)のA−A線断面図である。メモリモジュール基板100は、例えばエポキシ樹脂の基体102と、基体102のそれぞれの第1の面108に一端のみが接続された4枚の基板104とで構成されている。そしてそれぞれの基板104の一方の面103には、半導体素子であるメモリチップ106が搭載され、基板104の端部にはメモリチップ106からの信号を取り出す取り出し電極107が設けられている。ここで第1の面108は基板104を接続できる大きさに、それぞれの第2の面110a〜110dは上下に隣接する基板104同士が重ならない高さとする。
また基体102は、水平面および水平に近い面である第1の面108と鉛直面および鉛直に近い面である第2の面110a〜110dとを交互に複数組形成した階段部112が設けられている。図1(c)に示すように、基体102はその上部114から下部116に向かうに従って幅広の形状である。そして基体102には、それぞれの取り出し電極107に接続される接続端子109が第1の面108に設けられ、接続端子109および取り出し電極107を介して基板104の一端のみが接続されている。そして基体102内では、それぞれの接続端子109間を配線118で接続している。
ここで基板104としては、ポリイミド樹脂やポリエチレン樹脂などの可撓性を有するフレキシブル基板がよく、このようなフレキシブル基板は厚みを50μm程度に薄くでき、半導体素子を高密度に実装する際に適した基板である。またメモリチップ106と基板104、取り出し電極107と接続端子109は、NCP(Non Conductive Paste)やACF(Anisotoropic Conducticve Film)を介して圧接接合されている。
このように基板104の一端のみが取り出し電極107、接続端子109を介して基体102に接続され、基板104の他端は非接続の自由端である。そのため、このような基板104に荷重が加わっても、その荷重によるモーメントを自由端で緩和することができる。図2を用いて、一端のみが接続された基板にモーメントが加わったときの基板の状態を説明する。
図2(a)は本発明の第1の実施の形態のメモリモジュール基板に荷重が加わり基板に曲げモーメントが発生したときの説明図、図2(b)は同実施の形態のメモリモジュール基板に荷重が加わり基板にねじりモーメントが発生したときの説明図である。
図2(a)に示すように、基板104に下方から荷重が加わると基板104を上方に曲げようとする曲げモーメントが働く。また図2(b)に示すように、基板104に上下から荷重が加わると基板104をねじろうとするねじりモーメントが働く。両端が固定されている基板に曲げモーメントやねじりモーメントが働くと、固定されている両端の接続部に大きな力が加わり接続部が破断する場合もある。しかしながら、このように基板104の一端のみが接続、固定され他端が自由端であると、この自由端で曲げモーメント、ねじりモーメントが緩和されるため基体102と基板104との接続部101が破断などの損傷を起こすことは少なくなる。なお接続部101は基板104の取り出し電極107と、基体102の接続端子109との接続している部分である。
また、このような一端のみを接続する基板104は、同一形状に一括して生産したものを用いることができ、生産性を向上させることができる。
次に図3は、本発明の第1の実施の形態の変形例のメモリモジュール基板120の断面図で、それぞれの基板124の一方の面103に加えて他方の面105にもメモリチップ106を搭載している。このようなメモリモジュール基板120とすると、基板124の両面にもメモリチップ106を搭載するためメモリチップ106をさらに高密度に実装できる。また、基板124の両面に同じ大きさのメモリチップ106を搭載することで、基板124に荷重が加わっても、基板124の厚み方向には対称であるため応力の偏った分布を防止できる効果もある。
(第2の実施の形態)
図4(a)は本発明の第2の実施の形態のメモリモジュール基板の斜視図、図4(b)は図4(a)の平面図、図4(c)は図4(b)のB−B線断面図である。
本発明の第2の実施の形態のメモリモジュール基板130が、本発明の第1の実施の形態のメモリモジュール基板100と異なる点は基体の形状であるので、この点を主に説明する。すなわち図4に示すようにメモリモジュール基板130の基体132は、2つの階段部134、135を含んでいる。そして階段部134、135は、基体132の下部116から上部114に向かう形状であり、基体132の鉛直断面の形状が基体132の上部114から下部116に向かうに従って幅広である。また、基体132内では、それぞれの接続端子109間を配線136で接続している。
メモリモジュール基板130は、2つの階段部134、135に基板104を実装できるので、メモリチップ106が搭載された基板104を、さらに高密度に実装することが可能となる。また、このような基体132は上部114より下部116が幅広の形状であるため、基体132が比較的大きな体積を占めるが、下部116から順次基板104を実装できるため、基板104の実装が容易となる。
なお本発明の第2の実施の形態では、2つの階段部134、135を両側に設ける例を示したが、実装スペースに合わせて階段部を設ける位置を決めればよい。また、階段部の個数も実装スペースに合わせて、3個以上設けてもよい。
(第3の実施の形態)
図5(a)は本発明の第3の実施の形態のメモリモジュール基板の斜視図、図5(b)は図5(a)の平面図、図5(c)は図5(b)のC−C線断面図である。
図5に示すように本発明の第3の実施の形態のメモリモジュール基板140の基体142も、2つの階段部144、145を含んでいる。そして階段部144は、基体142の下部116から上部114に向かう形状であり、階段部145は基体142の上部114から下部116に向かう形状である。そして基体142の鉛直断面は、階段部144と階段部145とで囲まれた形状である。また、基体142内では、それぞれの接続端子109間を配線146で接続している。
このような本発明の第3の実施の形態のメモリモジュール基板140は、本発明の第2の実施の形態のメモリモジュール基板130より、さらに基板104を高密度に実装することができる。図5(c)に示すように、基体142の断面長さをp、基板104の基体142からの突出長さをqとすると、メモリモジュール基板140の断面長さはp+2qとなる。これに対して、メモリモジュール基板130の断面長さは図4(c)に示すように2(p+q)のため、基体142の断面長さpを短くでき、より長さの限られた空間にメモリモジュール基板140を内蔵させることができる。
(第4の実施の形態)
図6(a)は本発明の第4の実施の形態のメモリモジュール基板の斜視図、図6(b)は図6(a)の平面図、図6(c)は図6(b)のD−D線断面図である。本発明の第4の実施の形態のメモリモジュール基板160は、基板104が鉛直方向に積み重なる位置に基体162、164を2個配置するとともに、それぞれの基体162、164の第2の面166a〜166hの高さを基板104同士が鉛直方向に重ならないように設定している。すなわちメモリモジュール基板160は、基体162、164のそれぞれの階段部168、170が対向するように配置している。また、基体162内ではそれぞれの接続端子109間を配線172で、基体164内ではそれぞれの接続端子109間を配線174で接続している。そして、
(基体162の第2の面166aの高さ)>((基体164の第2の面166eの高さ)+(メモリチップ106を含めた基板104の厚み))
(基体164の第2の面166fの高さ)>((基体162の第2の面166aの高さ)−(基体164の第2の面166eの高さ)+(メモリチップ106を含めた基板104の厚み))
(基体164の第2の面166bの高さ)>((基体164の第2の面166eの高さ)+(基体164の第2の面166fの高さ)−(基体162の第2の面166aの高さ)+(メモリチップ106を含めた基板104の厚み))
以上に示した基体162、164の第2の面166a〜166hの高さの設定を、基体162の基板104と、基体164の基板104とが鉛直方向で重ならない位置になるまで続ける。例えば図6の場合では、基体162の第2の面166cと基体164の第2の面166gより高い位置に配置する基板104同士は重ならないので、第2の面166a、166b、166fの高さを上述の方法で設定すればよい。
このようなメモリモジュール基板160とすると、限られた空間内に基板104をより高密度に積層できる。図6(c)に示すように基体162、164の断面長さをp、基板104の基体162、164からの突出長さをqとすると、メモリモジュール基板160の断面長さは(2p+q)となる。上述したように、同じ枚数の基板104を実装したメモリモジュール基板130の断面長さは2(p+q)であるので、本発明の第4の実施の形態のメモリモジュール基板160では、qだけ短くできる。
また図7は、本発明の第4の実施の形態のメモリモジュール基板の変形例1の断面図である。メモリモジュール基板160は、2個の基体162、164の階段部168、170を対向するように配置したが、図7に示すメモリモジュール基板180のように、1個の基体182に、対向する階段部184、186を設けてもよい。
また図8(a)は本発明の第4の実施の形態の変形例2のメモリモジュール基板の平面図、図8(b)は図8(a)のE−E線断面図である。図8に示すようにメモリモジュール基板190は、2個の基体192、194から構成されている。そして基体192の中心軸と、基体194の中心軸とを直交させる位置に配置している。
そして、メモリモジュール基板190でも、基体192、194の第2の面196a〜196hの高さの設定を、基体192の基板104と、基体194の基板104とが鉛直方向で重ならないように行なえばよい。
このようなメモリモジュール基板190であると、平面形状がL字型の隅角部やT字型などの空間にも実装でき、携帯電話などの限られたスペースも利用できる。
(第5の実施の形態)
次に、カード型情報装置としてメモリモジュール基板を内蔵したメモリカードについて説明する。図9(a)は本発明の第5の実施の形態のメモリカードの斜視図、図9(b)は図9(a)のメモリカードを平面Fで切断したときの断面図である。
図9(a)に示すようにメモリカード200は、長方形状の大きさおよび厚みが規格化されたサイズとなっている。例えばSDメモリカード(登録商標)は長さ32mm、幅24mm、厚みが2.1mmである。このような限られた空間内へメモリチップ106が搭載された基板104を高密度に実装したメモリモジュール基板を内蔵させることにより、メモリカード200の記憶容量を増大させることができる。例えば1個のメモリチップ106が512MBの場合、本発明の第2の実施の形態のメモリモジュール基板130は8個のメモリチップ106を備えているので、約4GBの記憶容量にできる。
また図9(b)に示すようにメモリカード200は、メモリチップ106を搭載した、例えば本発明の第2の実施の形態のメモリモジュール基板130と、メモリチップ106を制御する回路制御素子202とを内包したポリカーボネート/ABSアロイなどからなる筐体204で構成されている。
ここで回路制御素子202は、基体132の下面に座繰りを入れて収納、実装されている。そのため、従来のメモリカードで回路制御素子を収納していた下部空間203も有効に利用できる。例えば下部空間203にもメモリモジュール基板130の基体132を拡げることにより、さらにメモリチップ106を積層できる。
またメモリモジュール基板130は、外部端子に接続するための外部接続端子206が設けられ、基体132にはバイパス用のチップコンデンサ208が取り付けられている。またメモリモジュール基板130の周囲を封止樹脂210で覆うことで、異物の侵入防止や耐湿性などの信頼性を高めることができる。
このようなメモリカード200は、高密度に実装された基板104を備えたメモリモジュール基板130を内蔵しているため、記憶容量の大きなカード型情報装置とできる。またメモリチップ106を搭載した基板104の一端のみが接続され、他端は自由端となっているため基板104に外部から荷重が加わっても、自由端で荷重によるモーメントが緩和される。そのため、接続部101の損傷を起こしにくい信頼性の高いカード型情報装置を提供することができる。
なお本発明の実施の形態では、半導体素子としてメモリチップで説明したが、シングルチップマイコンなどのASIC用ICチップであってもよい。
また本発明の実施の形態では、接続端子109間をつなぐ配線は基体内に設ける例を示したが、階段部の表面に設けるようにしてもよい。
本発明の半導体モジュールおよびカード型情報装置は、デジタルカメラや携帯音楽プレーヤー、携帯情報端末などの携帯型デジタル機器に使用する情報伝達媒体として有用である。
(a)本発明の第1の実施の形態のメモリモジュール基板の斜視図(b)図1(a)の平面図(c)図1(b)のA−A線断面図 (a)同実施の形態のメモリモジュール基板に荷重が加わり基板に曲げモーメントが発生したときの説明図(b)同実施の形態のメモリモジュール基板に荷重が加わり基板にねじりモーメントが発生したときの説明図 同実施の形態の変形例のメモリモジュール基板の断面図 (a)本発明の第2の実施の形態のメモリモジュール基板の斜視図(b)図4(a)の平面図(c)図4(b)のB−B線断面図 (a)本発明の第3の実施の形態のメモリモジュール基板の斜視図(b)図5(a)の平面図(c)図5(b)のC−C線断面図 (a)本発明の第4の実施の形態のメモリモジュール基板の斜視図(b)図6(a)の平面図(c)図6(b)のD−D線断面図 同実施の形態の変形例1のメモリモジュール基板の断面図 (a)同実施の形態の変形例2のメモリモジュール基板の平面図(b)図8(a)のE−E線断面図 (a)本発明の第5の実施の形態のメモリカードの斜視図(b)図9(a)のメモリカードを平面Fで切断したときの断面図 従来のパッケージの断面図
符号の説明
100,120,130,140,160,180,190 メモリモジュール基板(半導体モジュール)
101 接続部
102,132,142,162,164,182,192,194 基体
103 一方の面
104,124 基板
105 他方の面
106 メモリチップ(半導体素子)
107 取り出し電極
108 第1の面
109 接続端子
110a,110b,110c,110d,166a,166b,166c,166d,166e,166f,166g,166h,196a,196b,196c,196d,196e,196f,196g,196h 第2の面
112,134,135,144,145,168,170,184,186 階段部
114 上部
116 下部
118,136,146,172,174 配線
200 メモリカード(カード型情報装置)
202 回路制御素子
203 下部空間
204 筐体
206 外部接続端子
208 チップコンデンサ
210 封止樹脂

Claims (10)

  1. 少なくとも一方の面に半導体素子が搭載され前記半導体素子の信号を取り出す取り出し電極が一端のみに設けられた基板と、
    第1の面および第2の面を交互に複数組形成した階段部を少なくとも1つ設けるとともに前記第1の面に電気的な接続端子を設けた基体とを備え、
    前記取り出し電極が前記接続端子に接続されたことを特徴とする半導体モジュール。
  2. 前記基体に複数の前記階段部が設けられていることを特徴とする請求項1記載の半導体モジュール。
  3. 複数の前記階段部はそれぞれ前記基体の下部から上部に向かう形状であり、前記基体の鉛直断面の形状が前記基体の上部から下部に向かうに従って幅広であることを特徴とする請求項2記載の半導体モジュール。
  4. 複数の前記階段部は前記基体の下部から上部に向かう形状と、前記基体の上部から下部に向かう形状とであるとともに、前記基体の鉛直断面は2つの前記階段部で囲まれた形状であることを特徴とする請求項2記載の半導体モジュール。
  5. 前記基板が鉛直方向に積み重なる位置に前記階段部を複数個配置するとともに、それぞれの前記階段部の第2の面の高さを前記基板同士が鉛直方向に重ならない高さに設定することを特徴とする請求項1記載の半導体モジュール。
  6. 前記基板の他方の面にも半導体素子が搭載されたことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
  7. 前記基板は可撓性を有することを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
  8. 前記半導体素子は、メモリチップであることを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
  9. 請求項1に記載の半導体モジュールに外部端子に接続する外部接続端子を設けたメモリモジュール基板と、
    前記半導体素子を制御する回路制御素子と、
    前記メモリモジュール基板および前記回路制御素子を内包する筐体とを備えたことを特徴とするカード型情報装置。
  10. 前記回路制御素子を前記メモリモジュール基板に取り付けたことを特徴とする請求項9記載のカード型情報装置。
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