JP2009170821A - シールドキャップ及び半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リフロー時の熱によるマザーボードの反りに起因して未半田状態が生じるのを防止することができるようなモジュール用シールドキャップ及び半導体装置を提供する。
【解決手段】半田バンプ２を用いてマザーボード５に接続されたモジュール１において、端部が封止半田４でベース基板６に接続されたシールドキャップであって、少なくとも一部が形状記憶合金で構成されているモジュール用シールドキャップ３を用いてチップ部品７等をシールドする。
【選択図】 図１

Description

本発明はモジュール用シールドキャップ及び半導体装置に係わり、特に、リフロー時の熱によるマザーボードの反りに起因して未半田状態が生じるのを防止することができるようなモジュール用シールドキャップ及び半導体装置に関する。

近年の電子機器の急速な小型化・高機能化への動向に対応し、実装技術においては、電子部品の小型化、薄型化、高密度化への技術開発が求められている。このような要求に対応して、マザーボードなどの基板技術においても薄型化の要求が強まっている。
しかし、マザーボードなどの基板を薄くするほど基板の反りが大きくなっていくという問題があった。特に、ＳＭＴ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、以下、ＳＭＴと略す）工程におけるリフロー炉の熱により基板のガラス転移温度を大きく上回る温度にまで高温化するため、リフロー時の基板の反りが大きな問題となっていた。

図５及び図６はこのような基板の反りを説明するための図であり、図中、１はモジュール、２は半田バンプ、３はシールドキャップ、４は封止半田、５はマザーボード、６はベース基板、７は例えばコンデンサや抵抗や半導体素子等のチップ部品、８はボール状の半田バンプ、９ａ〜９ｄはマザーボード５と半田バンプ２の間に生じた隙間である。
このような構成からなる従来例において、ＳＭＴ工程でモジュール１をマザーボード５に実装する際、リフロー時の熱によって、例えば図５に示すようにマザーボード５が下側に反った場合、マザーボード５と半田バンプ２の間に隙間９ａ，９ｂが生じる。

また、例えば図６に示すようにマザーボード５が上側に反った場合、マザーボード５と半田バンプ２の間に隙間９ｃ，９ｄが生じる。
このようにリフロー時の熱に起因する高温化によってマザーボード５が反り、その結果、上述のような隙間９ａ〜９ｄなどが生じて半田バンプ２が部分的に未接続状態になるという問題が生じていた。

この種の問題に対応するため、例えば下記の特許文献１〜５に示すような種々の方法が従来から考案されている。即ち、特許文献１に記載された金属封止パッケージの発明では、形状記憶合金で構成された金属キャップでステムを覆うことにより、封止部に大きな圧接荷重を与えることなく封止を行なっている。

また、特許文献２に記載されたチップ部品を備える電子装置及びその製造方法の発明では、チップ部品を完全に覆うような大きさの左右方向及び前後方向の寸法を有する天板部と一体となり、その天板部よりも低位置となるように形成されてチップ部品の左右方向の両側方に配置される側板部とでシールド導体を構成すること等により、十分なシールド効果と冷却効果を得ている。

特許文献３に記載された電子回路モジュールとその製造方法の発明では、基板の一方の面などに搭載されている電子部品が、その一部を露出させる形で樹脂が塗布されて基板の封止が行なわれ、その露出した部分の一部又は全部をモジュール外部との電気的接続端子としている。また、特許文献４に記載された半導体装置の発明では、チップ部品を内蔵するキャップの少なくとも一部が、封止半田の溶融特性にほぼ合致した変性特性を有するように構成している。

更に、特許文献５に記載されたハイブリッド集積回路装置とその表面実装方法などの発明では、表面実装部品を金属製シールドケースで覆うと共に発熱量の比較的大きな表面実装部品の外端部が金属製シールドケースに接触部で密着するような構成にするなどして、チップ基板の反りを抑制している。
然しながら、上述の特許文献１〜５に記載されている何れの発明においても、特別な製造工程が必要になるなどして製造コストが高くなる等の問題があった。

実開昭５７−１７５４２号公報 特開２００４−７１６５８号公報 特開２００７−２０７８０２号公報 特開平７−４５７３５号公報 特開平１−６７９４７号公報

本発明はかかる状況に鑑みてなされたものであり、リフロー時の熱によるマザーボードの反りに起因して未半田状態が生じるのを防止することができるようなモジュール用シールドキャップ及び半導体装置を提供することを目的としている。

本発明によれば、半田バンプを用いてマザーボードに接続されたモジュールにおいて端部が封止半田でベース基板に接続されたシールドキャップであって、少なくとも一部が形状記憶合金で構成されていることを特徴とするモジュール用シールドキャップが提供される。
また、本発明によれば、半田バンプを用いずにマザーボードに接続されたバンプレスモジュールにおいて端部が封止半田でベース基板に接続されたシールドキャップであって、少なくとも一部が形状記憶合金で構成されていることを特徴とするモジュール用シールドキャップが提供される。

ここで、前記形状記憶合金がニッケルーチタン合金又は銅―亜鉛―アルミニュウム合金で構成されているようにしてもよい。
また、前記封止半田が、リフロー時の温度よりも融点が高い高温半田であるように構成してもよい。

また、本発明によれば、チップ部品を搭載したベース基板と、端部が封止半田でベース基板に接続されたシールドキャップと、前記ベース基板及び前記シールドキャップを含むモジュールが半田バンプを介して接続されているマザーボードとを有する半導体装置において、少なくとも前記シールドキャップの上部が、前記マザーボードと同じ変形特性を有することを特徴とする半導体装置が提供される。

ここで、前記モジュールが半田バンプを用いずにマザーボードに接続されたバンプレスモジュールであるように構成してもよい。
また、前記シールドキャップの少なくとも一部が形状記憶合金で構成されているようにしてもよい。

また、前記形状記憶合金がニッケル−チタン合金又は銅−亜鉛−アルミニュウム合金で構成されているようにしてもよい。
また、前記封止半田が、リフロー時の温度よりも融点が高い高温半田であるように構成してもよい。

本発明に係るモジュール用シールドキャップ及び半導体装置によれば、シールドキャップの少なくとも一部を形状記憶合金で構成している為、リフロー時の熱によるマザーボードの反りに起因して未半田状態が生じるのを防止することができる。
また、シールドキャップの少なくとも一部を形状記憶合金で構成している為、リフロー時の熱によるマザーボードの複雑な反り、捻じれ等に対応することも可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の実施形態について、図を参照しながら詳細に説明する。
図１は本実施形態の構成においてリフロー前でマザーボードもモジュールも反っていない状態を示す図であり、図中、１は例えば半導体パッケージやチップ部品を含むモジュール、２はボール状の半田バンプ、３は例えばニッケルーチタン合金あるいは銅―亜鉛―アルミニュウム合金などの形状記憶合金で少なくとも一部が構成され加熱されるとバネ性を回復するシールドキャップ、４は例えばリフロー時の温度よりも融点が高い高温半田からなる封止半田、５はマザーボードである。

また、モジュール１は、平板状のベース基板６と、抵抗やコンデンサ等のチップ部品７、半導体パッケージの一種であるＣＳＰ（ｃｈｉｐ ｓｉｚｅ ｐａｃｋａｇｅ）１０を有している。チップ部品７は半田によってベース基板６に着設され又、ＣＳＰ１０はボール状の半田バンプ８を介してベース基板６に着設されている。
更に、半田バンプ８は、ベース基板６の配線パターン及びチップ部品７側のパッドに、リフロー工程を経て接続されるようになっている。モジュール１は、半田バンプ２によってマザーボード５と接続される。

一方、図２及び図３は本実施形態の動作を説明するための図であり、図中、１はモジュール、２は半田バンプ、３はシールドキャップ、４は例えば高温半田でなる封止半田、５はマザーボードである。また、モジュール１は、平板状のベース基板６と、チップ部品７、ＣＳＰ１０を有している。

このような構成からなる本実施形態において、図２はリフロー時の熱によってシールドキャップ３がマザーボード５の反りと同方向に反っている状態を示し、図３はリフロー時の熱によってシールドキャップ３がマザーボード５の反りと反対方向に反っている状態を示している。

図１〜図３において、モジュール１には予めリフロー時にマザーボード５の反りにそれぞれ対応した少なくとも一部が形状記憶合金で構成されたシールドキャップ３がそれぞれ封止半田４で装着されている。シールドキャップ３は封止半田４によってベース基板６に接着されている。少なくともシールドキャップ３の上部が、マザーボード５と同じ変形特性を有している。

これらのモジュール１をマザーボード５に搭載してリフローする際、その熱でマザーボード５に反りが生じる（図２では凸状の山反り、図３では凹状の谷反り）。しかし、シールドキャップ３もリフロー時の熱により、マザーボード５と同方向に反るため、前記従来例のような未半田状態（図５や図６における隙間９ａ〜９ｄなど）は生じない。

すなわち、ＳＭＴ工程においてモジュール１をマザーボード５に実装する際、リフロー時の熱によって、例えば図２に示すようにマザーボード５が下側に反った場合、マザーボード５と半田バンプ２の間に隙間が生じない。また、例えば図３に示すようにマザーボード５が上側に反った場合、マザーボード５と半田バンプ２の間に隙間が生じない。

なお、シールドキャップ３は高温半田などでなる封止半田４でモジュール６に実装されているため、リフロー時の熱で封止半田４が溶融することも無い。
以上詳しく説明したような本実施形態によれば、リフロー時の熱によってマザーボード５が反り、その結果、半田バンプ２が未接続状態になるという前記従来例の問題が一挙に解決する。

図４は本発明の他の実施形態を示す図であり、図中、１１はバンプレスモジュール、３はシールドキャップ、４は例えば高温半田でなる封止半田、５はマザーボードである。また、バンプレスモジュール１１は、平板状のベース基板６と、チップ部品７、ＣＳＰ１０を有し、チップ部品７は半田によってベース基板６に着設され又、ＣＳＰ１０はボール状の半田バンプ８を介してベース基板６に着設されている。

このような構成からなる本発明の他の実施形態は、図１で示した実施形態と基本的構成がほぼ同一であり、バンプレス接続部１２ａ〜１２ｄを介してマザーボード５に接続されたバンプレスモジュール１１を用いている点が異なるだけである。
また、このような構成からなる本発明他の実施形態においても、バンプレスモジュール１をマザーボード５に装着する際など、リフロー時の熱によってマザーボード５が下側や上側に反った場合にも、マザーボード５に隙間が生じない。

以上詳しく説明したような本発明他の実施形態によれば、リフロー時の熱によってマザーボードが反って半田バンプが未接続状態になるという前記従来例の問題が解決する。
なお、半田バンプのないバンプレスタイプ、例えば、ＬＧＡ（Ｌａｎｄ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ、以下、ＬＧＡと略す）タイプやＱＦＮ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｎｏｎ−ｌｅａｄｅｄ Ｐａｃｋａｇｅ、以下、ＱＦＮと略す）タイプ等に本発明を適用すると効果甚大となる。また、ＬＧＡタイプ、ＱＦＮタイプに本発明を適用した場合には、半田バンプがないため実装時の半田量が少なくて済むという利点もある。

本発明は上述の実施例に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、図１においてシールドキャップ３の全体を形状記憶合金で構成するものとしたが、一部を他の金属などで構成しても良いものとする。

本発明は、携帯電話を含む情報機器や音響映像関連機器などの民生用機器のみならず、自動車などの輸送機器、移動体通信機器、ＦＡ（Ｆａｋｕｔｏｒｙ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ）機器、電装などの産業分野機器にも好適であるなど、基板の薄型化が期待される電子機器全般に用いることができるものである。

本発明実施形態においてリフロー前でマザーボードもモジュールも反っていない状態を示す図である。 本発明実施形態において、リフロー時の熱によってシールドキャップがマザーボードの反りと同方向に反っている状態を示す図である。 同じく、本発明実施形態においてリフロー時の熱によってシールドキャップがマザーボードの反りと同方向に反っている状態を示す図である。 本発明の他の実施形態を示す図である。 従来例においてマザーボードに未半田が生じている状態を示す図である。 同じく、従来例においてマザーボードに未半田が生じている状態を示す図である。

符号の説明

１・・・・・・・・・・・・モジュール
２、８・・・・・・・・・・半田バンプ
３・・・・・・・・・・・・シールドキャップ
４・・・・・・・・・・・・封止半田
５・・・・・・・・・・・・マザーボード
６・・・・・・・・・・・・ベース基板
７・・・・・・・・・・・・チップ部品
９ａ〜９ｄ・・・・・・・・隙間
１０・・・ＣＳＰ
１１・・・・・・・・・・・バンプレスモジュール
１２ａ〜１２ｄ・・・・・・ バンプレス接続部

Claims (9)

1. 半田バンプを用いてマザーボードに接続されたモジュールにおいて端部が封止半田でベース基板に接続されたシールドキャップであって、少なくとも一部が形状記憶合金で構成されていることを特徴とするモジュール用シールドキャップ。
2. 半田バンプを用いずにマザーボードに接続されたバンプレスモジュールにおいて端部が封止半田でベース基板に接続されたシールドキャップであって、少なくとも一部が形状記憶合金で構成されていることを特徴とするモジュール用シールドキャップ。
3. 前記形状記憶合金がニッケルーチタン合金又は銅―亜鉛―アルミニュウム合金で構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のモジュール用シールドキャップ。
4. 前記封止半田が、リフロー時の温度よりも融点が高い高温半田であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載の半導体装置。
5. チップ部品を搭載したベース基板と、端部が封止半田でベース基板に接続されたシールドキャップと、前記ベース基板及び前記シールドキャップを含むモジュールが半田バンプを介して接続されているマザーボードとを有する半導体装置において、少なくとも前記シールドキャップの上部が、前記マザーボードと同じ変形特性を有することを特徴とする半導体装置。
6. 前記モジュールが半田バンプを用いずにマザーボードに接続されたバンプレスモジュールであることを特徴とする請求項５記載の半導体装置。
7. 前記シールドキャップの少なくとも一部が形状記憶合金で構成されていることを特徴とする請求項５又は６記載の半導体装置。
8. 前記形状記憶合金がニッケル−チタン合金又は銅−亜鉛−アルミニュウム合金で構成されていることを特徴とする請求項７記載の半導体装置。
9. 前記封止半田が、リフロー時の温度よりも融点が高い高温半田であることを特徴とする請求項５乃至８のいずれか一に記載の半導体装置。

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