JP2009026884A - 回路モジュール及び電気部品 - Google Patents

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Abstract

【課題】複数の固体回路部を積層して回路モジュールを構成した場合、信号の品質の劣化は避けられない。
【解決手段】固体回路部と基板接続部分とを備えた電気部品において、固体回路部は、基板接続部分を支持する支持面と、当該支持部の外側に、他の固体回路部と対向する対向面とを備え、対向面において他の固体回路部の対向面と対向するように配置できる。高さの異なる基板接続部分を有する電気部品を用意することにより、回路基板上に千鳥状に配置することができる。

【選択図】 図１

Description

本発明は、高速、高密度実装用の回路モジュール及び回路モジュールに用いられる電気部品に関する。
メモリモジュール等の回路モジュールには、高密度に実装すると共に、高速化が要求されている。現在、経済的な高密度実装技術としては、固体回路素子を積層することが主流である。現在主流のシリコン半導体において、シリコン自体に穴を開け、上下間を接続する技術があるがまだコスト面ではパッケージレベルでの積層に劣る。
特許文献１、特許文献２、及び、特許文献３等では、パッケージレベルで積層し、積層パッケージにより高密度実装を実現している。積層されたチップをテープ、或いは、基板部材へ接続するために、特許文献１は、ボールを用いることが提案されており、他方、特許文献２及び３は、それぞれリード及び金属圧着を用いることを提案している。
更に、特許文献４は、素子単位毎に個別化されたインターポーザを半導体ウェーハ上の良品半導体チップにそれぞれ搭載し、良品半導体チップの電極パッドと、インターポーザのインナーバンプとを熱圧着して接合した後、半導体チップを半導体ウェーハから切り離す半導体装置の製造方法を開示している。この場合、インターポーザの平面サイズを半導体チップの平面サイズと同等か或いは小さくすることにより、半導体装置のサイズを小さくできることを明らかにしている。
また、特許文献５は、デバイスチップ自体に上下貫通のビアホールを設置することで、上段デバイスへの配線長を抑える手法を提案している。
特開２００６−４９８３８号公報 特開２００１−５３２４３号公報 特開２００２−３６８１８５号公報 特開２００２-１１０８５６号公報 特開２００４−３２７４７４号公報
しかしながら、特許文献１〜３は、半導体チップをパッケージレベルで積層することによって、高密度実装を実現しているが、パッケージレベルで積層した場合に生じるも課題について指摘していない。また、特許文献４は半導体チップを支持するインターポーザの平面サイズを半導体チップの平面サイズと同等又は小さくすることで、半導体装置を小形化できることを開示している。この場合、インターポーザのサイズは当該インターポーザを搭載した半導体チップを切り出すために必要な大きさだけ小さい。このため、インターポーザによって支持された半導体チップには、当該半導体チップを他の半導体チップと対向させる程大きなスペースは残されていない。
特許文献５の手法では、チップへの加工が必要とされているため、パッケージだけでの解決方法ではない。
本発明の課題は、半導体チップをパッケージレベルで積層した場合における問題点を解決した回路モジュールを提供することである。
本発明の他の課題は、上記回路モジュールを構成する電気部品を提供することである。
まず、特許文献１〜３に示されたように、パッケージレベルで半導体チップを積層した場合、下段の半導体チップを縦方向に周回するように配線された信号線にて上段の半導体チップに接続せざるを得ず、配線の長さが長くなり、このことがインピーダンスの増加となり、高速化の支障となりつつある。
ここで、本発明の原理をＤＲＡＭ等のメモリモジュールを例にとって説明する。
メモリモジュール等のように、同じメモリデバイスが複数個搭載された回路基板において、複数のメモリデバイスで共用されるアドレス信号線の接続方法は、複数のデバイスに同時に同じ信号情報を届ける方式（オープンスタブ方式と呼ばれることがある）と、時間差をおいて順次複数のデバイスに信号情報を届ける方式（フライバイ方式、またはデイジーチェイン方式とも呼ばれることがある。以下フライバイ方式と呼ぶこととする。）がある。
フライバイ方式の場合、デバイスと回路基板との接続点において、上下に積層したデバイスとその配線の容量、インダクタンスがのるため、非積層の場合にくらべてインピーダンスの変動が大きい。そのため、信号の反射などによる信号品質の劣化が懸念されている。本発明は、特に、後者のフライバイ方式の回路基板において、高密度実装をした場合でも、信号の品質劣化を抑えるデバイスの実装方法を提案するものである。
即ち、フライバイ方式においては、デバイスを接続する部分で、デバイスの入出力回路やパッケージの配線容量、インダクタンスが増えるため、インピーダンスの変動が生じる。本発明は、このインピーダンスの変動を少なくすることで、信号の品質劣化を抑えることを企図している。具体的には、これまで高密度実装で主につかわれているのがデバイスの積層であるが、非積層の場合にくらべて共用される信号ピンのインピーダンス変動が大きい。
本発明では、メモリデバイスを積層せずに、共用される信号線上の別のポイントに、積層されていたデバイスのうちのひとつを移し、当該デバイスを他のデバイス上に部分的に重なり合うように、即ち、複数のデバイスを高さ方向に千鳥状に配置することで解決する。
具体的に説明すると、本発明の一態様によれば、半導体を基材とした固体回路部と、当該固体回路部を電気的に外部基板に搭載する基板接続部分とを備え、前記固体回路部は、前記外部基板に搭載する側に、前記基板接続部分の前記外部基板と搭載する面に対向し、前記基板接続部分を支持する支持面と、該支持面の外側に設けられ、他の固体回路部と対向する対向面とを含んでいることを特徴とする電気部品が得られる。
本発明の別の態様によれば、回路基板と、当該回路基板に搭載される複数の電気部品とを備え、前記複数の電気部品は、高さ方向に、隣接する前記電気部品が部分的に重なるように、千鳥状に配置されていることを特徴とする回路モジュールが得られる。
即ち、本発明に係る半導体を基材とした固体回路部は、基板接続部分と対向する支持面のほかに、支持面の外側に、他の個体回路部と対向できる程度の広さを有する対向面を有し、これによって、他の個体回路部と千鳥状に配置できる構成を備えている。
上記した電気部品を千鳥状に配置した本発明に係る回路モジュールでは、共用される信号線の配線長は２倍にならず、また、接続する間隔を半分にすることで、共用される信号線の全長の増加を防止できる。これにより共用される信号線の配線長さが増えることによる信号の品質劣化を抑えることができる。また、本発明によれば、積層が不要となることで、回路基板からデバイスの入出力回路までの距離の短いパッケージを採用できるため、パッケージ内の配線の容量やインダクタンスも減少し、パッケージ内での信号の品質劣化を抑えることができる。このように、配線容量やインダクタンスを低減できるため、高周波領域においても、波形の減衰が減る。さらに、回路基板上の共通信号線上のインピーダンス変動が減少することで、インピーダンス変動ポイントでの反射波の発生などを低減できる。
また、固体回路素子の面積に対し、回路基板（マザーボードやメモリモジュール基板）へ接続する基板接続部分の面積を隣接する固体回路素子が互いに対向できる程、小さくすることで、回路基板上に、高さ方向に千鳥実装することが可能となり、実装密度の低下の度合いを減らすことができる。また、特定の条件下では、積層パッケージと同じ実装密度も可能となる。付随的効果として、これまでは信号線のピン付近には、はんだボール径よりも薄い部品しか実装できなかったが、本発明を採用することにより、信号線のピン付近にも、はんだボール径よりも厚い部品を実装可能となる。さらに、幅の狭い基板接続部分とすることで、その材料費の節約にもなる。
図１を参照すると、本発明の第１の実施形態に係る電気部品が示されており、図示された電気部品は、シリコン等の半導体を基材とした固体回路部１０と、当該固体回路部１０の下面に設けられ、固体回路部１０よりも面積の小さい基板接続部分１１とを有している。ここで、基板接続部分１１はその上面において固体回路部１０と電気的に接続されており、他方、その下面において外部基板（即ち、回路基板：図示せず）と電気的に接続される。即ち、固体回路部１０の下面は、基板接続部分１１と対向し、基板接続部分１１によって支持される支持面と、当該支持面の外側に設けられ、他の電気部品と対向できる程度の広い面積を有する対向面とからなっている。
このように、固体回路部１０に、他の固体回路素子と対向できる対向面を設けることにより、複数の固体回路素子を高さ方向に千鳥状に配置することが可能になり、これによって、電気部品の実装密度を向上させることができる。
図示された基板接続部分１１の下側、即ち、回路基板の搭載面側には、半田ボール１２が設けられており、他方、固体回路部１０側は、ボンディングパッド（図示せず）が設けられている。図示された基板接続部分１１は固体回路部１０の中央部にボンディングパッドにより取り付けられており、これによって、基板接続部分１１上の配線経路を短くすることができ、このことが、電気的特性の改善につながる。更に、基板接続部分１１を固体回路部１０よりも小さくすることにより、両者間の応力を小さくでき、接点の信頼性が向上する。
図示された固体回路部１０の厚さ（Ｔ）は基板接続部分１１の厚さ（Ｈ）よりも薄く形成されている。
図２を参照すると、本発明の第１の変形例に係る電気部品が示されており、図示された基板接続部分は、固体回路部１０の支持面と同一サイズの面を備え、固体回路部１０と電気的に接続される第１の接続部品１１ａと、外部基板に接続されるべき半田ボール１２を備え、第１の接続部品１１ａと同一サイズの第２の接続部品１１ｂとを有している。第１及び第２の接続部品１１ａ、１１ｂは互いに接合されている。他の構成は図１に示された電気部品と同様である。
図３を参照すると、本発明の第２の変形例に係る電気部品は、固体回路部１０と、当該固体回路部１０の支持面と同一サイズの基板搭載面を下側に有すると共に、固体回路部１０の支持面及び対向面の和よりも大きい面積を有する固体回路接続面を上側に有する基板接続部分１１によって構成されている。即ち、図３に示された基板接続部分１１は、互いに異なる面積の基板搭載面及び接続面を規定する一体化された単一部品によって構成されている。尚、図示された基板接続部分１１の基板搭載面を規定する部分の厚さ（Ｈ）は、接続面を規定する部分の厚さ（Ｔ）よりも厚く形成されている。また、固体回路部１０の支持面と対向面の和より、基板接続部分１１の固体回路接続面より大きい場合を説明したが、基板接続部分１１の固体回路接続面は固体回路部分１０と同一面積であっても良い。
図４を参照すると、本発明の第３の変形例に係る電気部品は、固体回路部１０との間の接続面を規定する部分１１ａと、基板搭載面を規定する部分１１ｂとを別々に構成している点で図３と相違し、他の点では図３と同様である。
図５を参照すると、本発明の第４の変形例に係る電気部品は、固体回路部１０、当該固体回路部１０の支持部を除いてモールドしたモールド部１３とを有している。図６に示された本発明の第５の変形例は、図５の変形例に係る電気部品である。即ち、図６に示された電気部品は、図２と同様に、基板接続部分１０が、固体回路部１０の支持部に連結される第１の接続部品１１ａと、外部基板（回路基板）に接続されるべき半田ボール１２を備え、第１の部品と同一サイズの基板搭載面を規定する第２の接続部品１２ｂとによって構成されている。この場合、第１及び第２の接続部品１２ａと１２ｂの厚さ（Ｈ）は、モールド部１３に覆われた固体回路部１０の厚さ（Ｔ）よりも厚くなるように、設定されている。
図７を参照すると、本発明の第６の変形例に係る電気部品は、固体回路部１０の基板接続部分とは反対側だけがモールド部１３によって覆われている。また、図示された基板接続部分１１は、固体回路部１０よりも広い面積を有し、接続面を規定する第１の部分と、固体回路部１０の支持面と同一サイズを有する第２の部分により構成されている。ここでは、第１の部分と第２の部分とが個別に形成されている。また、基板接続部分１１の第１の部分、固体回路部１０、及びモールド部１３の厚さ（Ｔ）は、第２の部分の厚さ（Ｈ）よりも薄くなるように設定されている。
図８を参照すると、本発明の第７の変形例に係る電気部品は、図７に示されたモールド部１３を備えた固体回路部１０に、図４に示された基板接続部分１１ａ、１１ｂとを組み合わせた構造を有している。
図９及び図１０を参照すると、本発明の第２の実施形態に係る回路モジュールの側面図及び正面図が示されている。図示された回路モジュールは、複数個の電気部品が回路基板１４にコントローラ等のロジック回路１５と共に搭載されている。図示された例では、回路基板１４の表裏に、互いに高さの異なる電気部品が、隣接する電気部品が互いに部分的に対向するように、高さ方向に千鳥状に配置されている。即ち、図示された例では、図１〜８に示された電気部品のうち、互いに高さの異なる基板接続部１１、１１ａを有する電気部品が交互に回路基板１４上に配置されている。また、図９には、半田ボールの高さよりも高い回路素子（例えば、キャパシタ等）１６が、電気部品の下部に配置されている。更に、図１０からも明らかな通り、電気部品の固体回路部１０は実質的に隙間無く配置されており、更に、各電気部品に隣接して信号端子１４ａが配置されている。
ここで、本発明に係る回路モジュールの構成による効果を説明するために、積層構造の回路モジュールと比較して説明する。
図１１を参照すると、積層構造の回路モジュールの一例が示されており、図示された回路モジュールは、回路基板１４０に２個の電気部品１３０を搭載した構成を有している。図示された各電気部品１３０は共通信号配線１０５に接続されており、２つの固体回路部１００と、各固体回路部１００を支持する支持部材１１０とを有し、下段の固体回路部１００と上段の固体回路部１００は互いに対向して配置されている。また、上段の支持部材１１０と下段の支持部材１１０とは、金属配線１７０によって互いに電気的に接続されている。この構成では、上段の固体回路部１００には、共通信号配線１０５から金属配線１７０及び上段支持部材１１０を介して電流１５０が流れる。この電流経路は、実質的に２つの固体回路部１００の長さと同等であり、また、電流経路におけるインピーダンス２０１は図１２に示されたようになる。
図１３を参照すると、本発明に係る回路モジュールでは、共通信号配線１０５と、各個体回路部１０との間の距離が実質上基板接続部分１１ａ、１１ｂの高さ（Ｈ）に等しい。したがって、図１３に示された回路モジュールは図１４に示されたインピーダンス２０２のように、図１２に比較して著しく小さくなる。
上記した実施形態では、基板接続部分を固体回路部の中央に配置した例について説明したが、本発明は何等これに限定されない。
図１５を参照すると、本発明の第３の実施形態に係る回路モジュールが示され、ここでは、固体回路部１０ａ〜１０ｅの中央部から外れた部分に基板接続部分１１ａ〜１１ｅが接続されている。図示された例では、基板接続部分１１ａ、１１ｃ、１１ｅはそれぞれ固体回路部１０ａ、１０ｃ、１０ｅの左端に隣接した位置に設けられており、他方、基板接続部分１１ｂ，１１ｄはそれぞれ固体回路部１０ｂ、１０ｄの右端に設けられている。また、基板接続部分１１ｂ、１１ｄは、他の基板接続部分１１ａ、１１ｃ、１１ｅよりも高く、ここでは、テープ、基板等を２枚重ねた構造を採用し、これによって、千鳥状配置を可能にしている。
また、図示された実施形態では、基板接続部分に接続される固体回路部は単一の半導体チップであることを前提として説明したが、本発明はこれに限定されることなく、複数の半導体チップを重ねた構造であっても良い。
本発明は、ＤＲＡＭ等のメモリモジュールだけでなく、サーバー、ルーターなど、高密度実装かつ高速が要求され、同一デバイスを多数搭載する用途に適用できる。また、通信系の高速アプリケーションにおける、電源ノイズ低減が必要とされる回路にも適用できる。
本発明の第１の実施形態に係る電気部品を説明する図である。 本発明の第１の変形例に係る電気部品を示す図である。 本発明の第２の変形例に係る電気部品を示す図である。 本発明の第３の変形例に係る電気部品を示す図である。 本発明の第４の変形例に係る電気部品を示す図である。 本発明の第５の変形例に係る電気部品を示す図である。 本発明の第６の変形例に係る電気部品を示す図である。 本発明の第７の変形例に係る電気部品を示す図である。 千鳥状に配置された電気部品を含む本発明の第２の実施形態に係る回路モジュールを説明する側面図である。 図９に示された回路モジュールの正面図である。 本発明に係る回路モジュールによる効果を説明するために使用される比較例の回路モジュールである。 図１１に示された比較例のインピーダンスを示す図である。 本発明に係る回路モジュールの概略構成を示す図である。 図１３の回路モジュールのインピーダンスを示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る回路モジュールを示す側面図である。
符号の説明
１０、１０ａ〜１０ｅ 固体回路部
１１、１１ａ〜１１ｅ 基板接続部分
１２ 半田ボール
１３ モールド部

Claims (11)

  1. 半導体を基材とした固体回路部と、当該固体回路部を電気的に外部基板に搭載する基板接続部分とを備え、前記固体回路部は、前記外部基板に搭載する側に、前記基板接続部分の前記外部基板に搭載する搭載面に対向し、前記基板接続部分を支持する支持面と、該支持面の外側に設けられ、他の固体回路部と対向する対向面とを含んでいることを特徴とする電気部品。
  2. 請求項１において、前記基板接続部分は、前記固体回路部の前記支持面に接続された第１の接続部品と、前記外部基板に搭載され、前記支持面と同一サイズの前記搭載面を有する第２の接続部品を備えたことを特徴とする電気部品。
  3. 請求項１において、前記基板接続部分は、前記外部基板に搭載される前記支持面と同一サイズの前記外部基板搭載面と、前記固体回路部の前記支持面と前記対向面の和よりも小さくない面積を有する前記固体回路部との接続面とを有することを特徴とる電気部品。
  4. 請求項１において、前記基板接続部分は、前記外部基板に搭載され、前記支持面と同一サイズを備えた基板搭載面を有する第１の接続部品と、当該第１の部品と前記固体回路部との間に設けられ、前記固体回路部の前記支持面と前記対向面の和よりも小さくない面積を備えた第２の接続部品を有していることを特徴とする電気部品。
  5. 請求項１〜４のいずれかにおいて、前記固体回路部は、少なくとも一部が樹脂モールドされていることを特徴とする電気部品。
  6. 請求項１〜５のいずれかにおいて、前記固体回路部は、複数の固体回路素子を積層した構造を有していることを特徴とする電気部品。
  7. 請求項１〜６のいずれかにおいて、前記基板接続部分は、前記固体回路部の中央部に接続されていることを特徴とする電気部品。
  8. 請求項１〜６のいずれかにおいて、前記基板接続部分は、前記固体回路の中央部とは異なる位置に接続されていることを特徴とする電気部品。
  9. 回路基板と、当該回路基板に搭載される複数の電気部品とを備え、前記複数の電気部品は、高さ方向に、隣接する前記電気部品が部分的に重なるように、千鳥状に配置されていることを特徴とする回路モジュール。
  10. 請求項９において、前記電気部品は、半導体を基材とした固体回路部と、当該固体回路部を電気的に前記回路基板に搭載する基板接続部分とを備え、前記固体回路部は、前記回路基板に搭載する側に、前記基板接続部分の前記外部基板と搭載する面に対向し、前記基板接続部分を支持する支持面と、該支持面の外側に設けられ、他の固体回路部と対向する対向面とを含んでいることを特徴とする回路モジュール。
  11. 請求項１０において、前記固体回路部はＤＲＡＭを有していることを特徴とする回路モジュール。
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