JP2016139731A - モジュール及びその製造方法 - Google Patents

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宗一郎 鈴
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智仁 瀧
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Abstract

【課題】剛性を確保しつつ実装面積率を大きくすることが可能なモジュールを提供する。【解決手段】本モジュールは、複数の電極を有する第１の基板と、前記第１の基板に接着された、複数の電極を有する第１の素子と、前記第１の基板上に積層された、凹部を備えた第２の基板と、前記凹部に接着された、複数の電極を有する第２の素子と、を有し、前記第１の素子の一端側で、前記第１の素子の電極と前記第１の基板の電極とが電気的に接続され、前記一端側と対峙する他端側で、前記第１の素子の電極と前記第２の素子の電極とが前記凹部に設けられた貫通孔を通して電気的に接続されている。【選択図】図１

Description

本発明は、モジュール及びその製造方法に関する。
従来、基板上に半導体素子等を実装したモジュールが知られている。このようなモジュールでは、例えば、基板の底板と側壁で形成した枡状の凹部に２つの半導体素子を積層し、凹部上に蓋板を設けた中空構造とされている。
ここで、基板の面積に対する、その基板に実装される半導体素子等の面積の割合を実装面積率と定義すると、半導体素子の大きさを変えずに、上記の構造で実装面積率を大きくするためには、基板の側壁を薄くして基板の面積を小さくする必要がある。しかし、側壁を薄くすることは、モジュールとしての剛性を低下させるおそれがあるため好ましくない。又、そもそも上記の構造では、半導体素子にワイヤボンディングする際に、キャピラリが側壁に干渉するおそれがあるため、基板の面積を小さくするには限界がある。
一方、平板状の基板上に、積層された半導体素子の周囲を囲むように、凹構造を上下反転された形状のカバーを取り付けて中空構造を実現する場合もある。この場合は、カバーの取り付け代が必要となるため、基板の面積を小さくして実装面積率を大きくすることは困難である。
特開２００５−１０１１９２号公報
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、剛性を確保しつつ実装面積率を大きくすることが可能なモジュールを提供することを課題とする。
本モジュール（１）は、複数の電極（１３）を有する第１の基板（１０）と、前記第１の基板（１０）に接着された、複数の電極（２１、２２）を有する第１の素子（２０）と、前記第１の基板（１０）上に積層された、凹部を備えた第２の基板（５０）と、前記凹部に接着された、複数の電極（６１）を有する第２の素子（６０）と、を有し、前記第１の素子（２０）の一端側で、前記第１の素子（２０）の電極（２１）と前記第１の基板（１０）の電極（１３）とが電気的に接続され、前記一端側と対峙する他端側で、前記第１の素子（２０）の電極（２２）と前記第２の素子（６０）の電極（６１）とが前記凹部に設けられた貫通孔（５３）を通して電気的に接続されていることを要件とする。
なお、上記括弧内の参照符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、図示の態様に限定されるものではない。
開示の技術によれば、剛性を確保しつつ実装面積率を大きくすることが可能なモジュールを提供できる。
第１の実施の形態に係る半導体モジュールを例示する図である。 第１の実施の形態に係る半導体モジュールの製造工程を例示する図（その１）である。 第１の実施の形態に係る半導体モジュールの製造工程を例示する図（その２）である。 第１の実施の形態に係る半導体モジュールの製造工程を例示する図（その３）である。 第１の実施の形態に係る半導体モジュールの製造工程を例示する図（その４）である。 第１の実施の形態に係る半導体モジュールの製造工程を例示する図（その５）である。 第１の実施の形態に係る半導体モジュールの製造工程を例示する図（その６）である。 第第１の実施の形態に係る半導体モジュールの製造工程を例示する図（その７）である。 第１の実施の形態の変形例１に係る半導体モジュールを例示する断面図である。 第１の実施の形態の変形例１に係る半導体モジュールの製造工程を例示する図である。 第１の実施の形態の変形例１に係る半導体モジュールの奏する効果について説明する図である。 第１の実施の形態の変形例２に係る半導体モジュールを例示する断面図である。 第１の実施の形態の変形例１に係る半導体モジュールの製造工程を例示する図（その１）である。 第１の実施の形態の変形例１に係る半導体モジュールの製造工程を例示する図（その２）である。 第１の実施の形態の変形例３に係る半導体モジュールを例示する断面図である。 第１の実施の形態の変形例４に係る半導体モジュールを例示する断面図である。
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
なお、以下の各実施の形態では、本発明に係るモジュールの一例として半導体モジュールを用いて説明を行うが、本発明に係るモジュールは半導体素子を有していなくてもよい。
〈第１の実施の形態〉
［第１の実施の形態に係る半導体モジュールの構造］
まず、第１の実施の形態に係る半導体モジュールの構造について説明する。図１は、第１の実施の形態に係る半導体モジュールを例示する図である。なお、図１（ｂ）は平面図、図１（ａ）は図１（ｂ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。但し、図１（ｂ）では、充填樹脂４０及びカバー基板８０の図示は省略されている。
図１に示すように、半導体モジュール１は、大略すると、基板１０と、半導体素子２０と、金属線３０と、充填樹脂４０と、基板５０と、半導体素子６０と、金属線７０と、カバー基板８０とを有する。
なお、本実施の形態では、便宜上、半導体モジュール１のカバー基板８０側を上側又は一方の側、基板１０側を下側又は他方の側とする。又、各部位のカバー基板８０側の面を上面又は一方の面、基板１０側の面を下面又は他方の面とする。但し、半導体モジュール１は天地逆の状態で用いることができ、又は任意の角度で配置することができる。又、平面視とは対象物を基板１０の上面の法線方向から視ることを指し、平面形状とは対象物を基板１０の上面の法線方向から視た形状を指すものとする。
半導体モジュール１は、半導体素子２０が実装された基板１０上に、半導体素子６０が実装された基板５０を積層した（貼り合わせた）２層構造（パッケージ・オン・パッケージ構造）である。そして、半導体素子２０と半導体素子６０とは金属線７０を介して電気的に接続されている。又、下層の基板１０上には充填樹脂４０が充填されており、上層の基板５０上は中空構造とされている。以下、半導体モジュール１の各構成要素について説明する。
基板１０は、例えば、平面形状が略矩形状の底板１１に側壁１２が形成された構造である。但し、側壁１２は、底板１１の外縁の３辺には形成されているが、１辺には形成されていない。基板１０の底板１１の上面の一端側（図１では右端側）には、複数の電極１３が設けられている。又、基板１０の底板１１には、各電極１３と接続された、外部端子となる複数の貫通電極（図示せず）が設けられ、半導体モジュール１と外部との電気信号の入出力ができるように構成されている。
基板１０としては、所謂ガラスエポキシ基板やセラミック基板、シリコン基板等を用いることができる。基板１０の底板１１の各辺の長さは、例えば、１．５ｍｍ〜５ｍｍ程度とすることができる。基板１０の底板１１及び側壁１２の厚さは、例えば、５０μｍ〜１００μｍ程度とすることができる。基板１０の高さは、例えば、数１００μｍ程度とすることができる。
半導体素子２０は、基板１０の底板１１の上面にフェイスアップ状態で実装されている。半導体素子２０の上面の一端側には、複数の電極２１が設けられている。又、半導体素子２０の上面の一端側と対峙する他端側（図１では左端側）には、複数の電極２２が設けられている。
半導体素子２０の各電極２１は、金属線３０を介して、基板１０の各電極１３と電気的に接続されている。金属線３０としては、例えば、金線や銅線等（所謂ボンディングワイヤ）を用いることができる。
充填樹脂４０は、基板１０の底板１１の上面及び側壁１２の内側面と接し、半導体素子２０及び金属線３０を被覆している。充填樹脂４０は、基板５０の底板５１よりも上側（基板５０の凹部内）には充填されていない（この部分は空間である）。充填樹脂４０としては、例えば、エポキシ系樹脂を主成分とする所謂アンダーフィル樹脂を用いることができる。充填樹脂４０は、フィラーを含有しても構わない。
基板５０は、例えば、平面形状が略矩形状の底板５１に側壁５２が形成された構造である。基板５０では、基板１０とは異なり、底板５１の外縁の４辺全てに側壁５２が形成されている。言い換えれば、基板５０の底板５１と側壁５２により枡状の凹部が形成されている。又、基板５０の底板５１には貫通孔５３が形成されている。
基板５０としては、所謂ガラスエポキシ基板やセラミック基板、シリコン基板等を用いることができる。基板５０の底板５１の各辺の長さは、例えば、１．５ｍｍ〜５ｍｍ程度とすることができる。基板５０の底板５１及び側壁５２の厚さは、例えば、５０μｍ〜１００μｍ程度とすることができる。基板５０の高さは、例えば、数１００μｍ程度とすることができる。なお、本実施の形態では、基板５０には、配線や電極等は形成されていない。
半導体素子６０は、基板５０の底板５１の上面（凹部の底面）にフェイスアップ状態で実装されている。半導体素子６０の上面には、複数の電極６１が設けられている。半導体素子６０の各電極６１は、貫通孔５３を通る金属線７０を介して、半導体素子２０の各電極２２と電気的に接続されている。金属線７０としては、例えば、金線や銅線等（所謂ボンディングワイヤ）を用いることができる。
カバー基板８０は、基板５０の凹部の上部（側壁５２の上面）に固定されている。カバー基板８０は、半導体素子６０等を保護するものであるが、例えば、半導体素子６０がダイヤフラムを備えた圧力センサ、半導体素子２０が半導体素子６０の信号処理用ＩＣである場合には、半導体素子６０に測定対象となる気体を導入する貫通孔８１が設けられる。但し、半導体素子６０の機能を考慮したときに、貫通孔８１を設ける必要がない場合には、基板５０の上側を完全に塞いでも構わない。カバー基板８０としては、所謂ガラスエポキシ基板やセラミック基板、シリコン基板等を用いることができる。カバー基板８０の厚さは、例えば、５０μｍ〜１００μｍ程度とすることができる。
なお、上記の説明では、基板１０の側壁１２は底板１１の外縁の３辺のみに形成されているとしたが、基板１０の側壁１２が底板１１の外縁の１辺又は２辺のみに形成されている構造としてもよい。何れの場合にも側壁１２が存在しない側に電極１３が配置される。
［第１の実施の形態に係る半導体モジュールの製造方法］
次に、第１の実施の形態に係る半導体モジュールの製造方法について説明する。図２〜図８は、第１の実施の形態に係る半導体モジュールの製造工程を例示する図である。
まず、図２に示す工程では、基板５０を準備する。基板５０は、最終的には切断され、底板５１、側壁５２及び貫通孔５３を備えた図１の形状となるが、この段階では凹部の外側（図２では右端側）の側壁５２が幅広く形成されて貫通孔５４が設けられている。基板５０は、例えば、所謂ガラスエポキシ基板等に座繰り加工やエッチング加工、切削加工等を施すことにより作製できる。但し、図２では、最終的に１つの半導体モジュール１となる部分のみを図示しているが、実際には、図２の形状の基板５０が縦横に配列された集合基板を作製する。なお、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
次に、図３に示す工程では、基板５０の底板５１の上面（凹部の底面）に、上面に複数の電極６１が設けられた半導体素子６０をフェイスアップ状態で接着する。接着剤としては、例えば、シリコーン系の接着剤等を用いることができる。
次に、図４に示す工程では、基板１０を準備する。基板１０は、最終的には切断され、底板１１及び側壁１２を備えた図１の形状となるが、この段階では一端側（図２では右端側）が長く伸びて、その部分にも側壁１２が形成されて全体として枡状の凹部を形成している。基板１０は、例えば、所謂ガラスエポキシ基板等に座繰り加工やエッチング加工、切削加工等を施すことにより作製できる。その後、複数の電極１３、外部端子となる複数の貫通電極（図示せず）等を形成する。但し、図４では、最終的に１つの半導体モジュール１となる部分のみを図示しているが、実際には、図４の形状の基板１０が縦横に配列された集合基板を作製する。なお、図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
次に、図５に示す工程では、基板１０の底板１１の上面（凹部の底面）に、上面の一端側に複数の電極２１が設けられ、上面の他端側に複数の電極２２が設けられた半導体素子２０をフェイスアップ状態で接着する。接着剤としては、例えば、エポキシ系の接着剤等を用いることができる。
次に、図６（ａ）に示す工程では、基板１０の各電極１３と半導体素子２０の各電極２１とを金属線３０を用いて接続する（所謂ワイヤボンディング）。金属線３０の接続には、リバースボンディングの手法を用いてもよい。これにより、半導体素子２０の上面から突出する金属線３０の高さを抑えることができる。なお、リバースボンディングとは、金属線３０の先端に形成した金属ボールを下段側の電極１３に先に接続し、そこから上段の電極２１付近の高さまで金属線３０をルーピングした後に、上段側の電極２１に金属線３０を接続する手法である。
次に、図６（ｂ）に示す工程では、半導体素子２０の上面に、塗布装置５１０から基板支持部材３５を塗布する。基板支持部材３５は、次の工程で基板１０上の基板５０を支持するために用いる部材である。基板支持部材３５としては、例えば、エポキシ系の樹脂等を用いることができる。なお、図２及び図３に示す工程と、図４〜図６に示す工程とは、何れを先に行ってもよいし、並行して行ってもよい。
次に、図７（ａ）に示す工程では、基板１０上に基板支持部材３５を介して、半導体素子６０が接着された基板５０（図３に示す工程で作製した構造体）を積層し、接着する。その後に加熱等により基板支持部材３５を硬化させることによって、基板支持部材３５は基板１０上の基板５０を支持することができる。なお、基板１０と基板５０とは、最終的には、充填樹脂４０により固定されるが、充填樹脂４０を充填する前の工程で、基板５０が基板１０に対して動かなくするために、基板支持部材３５を用いて基板１０上の基板５０を支持する。
次に、図７（ｂ）に示す工程では、半導体素子６０の各電極６１と半導体素子２０の各電極２２とを貫通孔５３を通して金属線７０を用いて接続する（所謂ワイヤボンディング）。この際、基板１０と基板５０とは、基板支持部材３５を用いて支持されているため、安定してワイヤボンディングを行うことができる。なお、金属線３０の場合と同様に、金属線７０の接続には、リバースボンディングの手法を用いてもよい。
次に、図８（ａ）に示す工程では、基板５０の貫通孔５４を介して、基板１０と基板５０との間の空間に、樹脂充填装置５２０から半導体素子２０を覆うように充填樹脂４０を注入する。この際、基板５０の底板５１より上側には充填樹脂４０が流れ込まないように制御する。その後、加熱等により充填樹脂４０を硬化させる。充填樹脂４０としては、例えば、エポキシ系樹脂を主成分とする所謂アンダーフィル樹脂を用いることができる。
次に、図８（ｂ）に示す工程では、図８（ａ）に示す構造体の基板５０の凹部の上部（側壁５２の上面）にカバー基板８０を接着する。但し、図８（ｂ）では、最終的に１つの半導体モジュール１となる部分のみを図示しているが、実際には、図８（ｂ）の形状のカバー基板８０が縦横に配列された集合基板を接着する。
カバー基板８０を接着後、貫通孔５４を除去するように、ダイシングブレード５３０等を用いて切断位置ＣＬで切断することにより、個々のモジュールが個片化され、図１に示す半導体モジュール１が複数個完成する。なお、図８（ｂ）は便宜上図８（ａ）と同一方向で図示しているが、実際に切断する際は、上下を反転させて、上側からダイシングブレード５３０等を用いて切断する。
このように、半導体モジュール１の製造工程において、１層目となる基板１０の電極１３は基板１０の一端側のみに形成され、電極１３と基板１０の一端側の側壁１２との間には充分な間隔が確保されている。そのため、基板１０の電極１３と半導体素子２０の電極２１とをワイヤボンディングする際に、キャピラリが側壁１２に干渉するおそれがない。
又、基板１０の一端側の側壁１２は、最終的に切断され、半導体モジュール１は、１層目となる基板１０の一端側に電極１３が配置され、基板１０の一端側には側壁１２が存在しない構造となる。又、最終的に側壁１２が存在する側には電極１３は形成されていないため、ワイヤボンディングの工程を考慮せずに、側壁１２の内壁面と半導体素子２０の外壁面とを接近させることができる。
これらにより、基板１０の面積に対する半導体素子２０の面積の割合である実装面積率を、従来の構造と比べて大きくすることができる。なお、従来の構造では、実装面積率を５０％よりも大きくすることは困難であったが、半導体モジュール１では、実装面積率を５０％以上とすることが可能である。
又、１層目となる基板１０上は充填樹脂４０が充填されるため、側壁１２を薄くしても或いはなくしても剛性を確保することが可能となる。
又、２層目の半導体素子６０は、１層目の半導体素子２０と平面視で一部又は全部が重複する状態で基板１０の平面形状内に実装され、貫通孔５３を通る金属線７０を介して接続される。つまり、上下の基板の実装面積率が限りなく近い場合にも、平面視で基板１０からはみ出すことなく実装及び接続が可能となる。その結果、半導体モジュール１の小型化が可能となる。
又、２層目の半導体素子６０を実装する位置を任意に調整できるため、１層目の半導体素子２０のワイヤボンディングエリアに依存せずに２層目の半導体素子６０の大きさを決定できる。
〈第１の実施の形態の変形例１〉
第１の実施の形態の変形例１では、基板１０が側壁を有していない例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例１において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
図９は、第１の実施の形態の変形例１に係る半導体モジュールを例示する断面図であり、図１（ａ）に対応する断面を示している。
図９に示すように、半導体モジュール２は、基板１０が側壁を有さずに底板のみから構成されている点が半導体モジュール１（図１参照）と相違する。つまり、基板１０は平板であり、基板５０と接している部分はない。基板１０の上面と、基板５０の底板５１の下面との間に充填樹脂４０が充填されて基板５０を支持している。
半導体モジュール２を作製するには、まず、第１の実施の形態の図２〜図７（ａ）と同様の工程を実行し、図１０（ａ）に示す構造体を作製する。但し、図１０（ａ）の時点では、基板１０は底板１１と側壁１２から構成されている。又、基板５０において、貫通孔５４が形成されている部分を除く３辺の側壁５２が半導体モジュール１の場合よりも厚く形成され、基板１０上に搭載した際に各側壁５２の内壁面が基板１０の側壁１２の内壁面よりも内側に突出する形状とされている。
次に、第１の実施の形態の図７（ｂ）及び図８（ａ）と同様の工程を実行し、図１０（ｂ）に示す工程では、図８（ｂ）に示す工程と同様にして切断位置ＣＬで切断する。この際、切断位置ＣＬを基板５０の側壁５２の内壁面よりも内側に設定する。これにより、基板１０の側壁１２は全て切断され、底板１１のみからなる基板１０を備えた半導体モジュール２（図９参照）が複数個完成する。なお、図１０（ｂ）は便宜上図１０（ａ）と同一方向で図示しているが、実際に切断する際は、上下を反転させて、上側からダイシングブレード５３０等を用いて切断する。
半導体モジュール２では、半導体モジュール１に比べて、更に、実装面積率を大きくできる。言い換えれば、大きさが同一の半導体素子を基板１０に実装する場合、半導体モジュール２では、半導体モジュール１に比べて、基板１０の面積を小さくできる。すなわち、半導体モジュール２のパッケージ全体を小型化できる。或いは、基板１０の大きさが半導体モジュール１と同じであれば、半導体モジュール１よりも大きな半導体素子を基板１０に実装できる。
ここで、基板１０に対してどの程度の大きさの半導体素子２０が実装できるかを、図１１を参照しながら説明する。
図１１では、基板１０の面積をＡ×Ａとしている。半導体モジュール２の場合、基板１０には側壁がなく、カバー等を取り付けるための取り付け代も必要ない。そのため、半導体素子２０の縦方向の長さをＡ−０．２〜０．３程度、横方向の長さをＡ−０．４〜０．５程度とすることができ、面積は（Ａ−０．２〜０．３）×（Ａ−０．４〜０．５）程度となる。なお、横方向の長さが短いのは、電極１３を配置する領域を確保するためである。
Ａは、例えば、１．５ｍｍ〜５ｍｍ程度とすることができる。仮にＡ＝２ｍｍとした場合には、基板１０の面積はＡ×Ａ＝４ｍｍ２となり、半導体素子２０の面積は基板１０の面積の６４〜７２％程度となる。つまり、実装面積率は６４〜７２％程度となる。
従来の半導体モジュールでは、実装面積率は５０％未満であるため、半導体モジュール２における実装面積率が大幅に向上していることがわかる。つまり、半導体モジュール２の構造では、従来の構造では実装できなかった大きさの半導体素子を、大きさが同一の基板に実装可能となる。
〈第１の実施の形態の変形例２〉
第１の実施の形態の変形例２では、レジスト上に半導体素子６０を配置する例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例２において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
図１２は、第１の実施の形態の変形例２に係る半導体モジュールを例示する断面図であり、図１（ａ）に対応する断面を示している。
図１２に示すように、半導体モジュール３は、基板５０の底板５１の上面にレジストパーテーション５５及びレジストスペーサ５６が形成され、その上に半導体素子６０が接着樹脂９０により接着されている点が半導体モジュール１（図１参照）と相違する。
半導体モジュール３を作製するには、まず、第１の実施の形態の図２に示す基板５０を作製する。そして、例えば、ソルダーレジストを用いた印刷法等により、基板５０の底板５１の上面に、図１３（ａ）に示すレジストパーテーション５５及びレジストスペーサ５６を形成する。レジストパーテーション５５は、接着樹脂９０の広がりを防止するために設けるものである。又、レジストスペーサ５６は、半導体素子６０を搭載するための台座である。
例えば、レジストパーテーション５５を十字状に形成し、十字で区画された各領域にレジストスペーサ５６を１つずつ配置する。但し、レジストパーテーション５５の形状や、区画された各領域に配置するレジストスペーサ５６の数は、図１３（ａ）の例には限定されない。レジストパーテーション５５及びレジストスペーサ５６の高さは、例えば、１０〜４０μｍ程度とすることができる。
次に、図１３（ｂ）に示す工程では、各レジストスペーサ５６上及びその周囲に接着樹脂９０を塗布する。半導体素子６０を接着する接着樹脂９０は、半導体素子２０を接着する接着樹脂（エポキシ系樹脂等）よりも低弾性（低ヤング率）であることが好ましい。接着樹脂９０としては、例えば、低ヤング率の接着樹脂であるシリコーン系樹脂を用いることができる。又、接着樹脂９０として、低ヤング率の接着樹脂であるエポキシウレタン系樹脂等を用いてもよい。
なお、シリコーン系樹脂のヤング率は１．０×１０−２〜１０−３ＧＰａ程度、エポキシウレタン系樹脂のヤング率は５０．０×１０−２〜１０−３ＧＰａ程度である。これらは、半導体素子２０の接着等に用いられるエポキシ系樹脂のヤング率５．０〜１０．０ＧＰａ程度に対して大幅に小さな値である。
次に、図１４に示す工程では、基板５０上に半導体素子６０を実装する。具体的には、基板５０の底板５１の上面に、レジストスペーサ５６を介し半導体素子６０を搭載し、接着樹脂９０を加熱等により硬化させる。なお、図１４（ａ）は平面図、図１４（ｂ）は図１４（ａ）のＤ−Ｄ線に沿う断面図である。
その後、第１の実施の形態の図４〜図８（ｂ）と同様の工程を実行することで、半導体モジュール３（図１２参照）が複数個完成する。途中、半導体素子６０の電極６１に金属線７０をワイヤボンディングする工程を経るが、半導体素子６０の下側にはレジストスペーサ５６が配されている。そのため、低ヤング率の接着樹脂９０を用いているにも関わらず、安定してワイヤボンディングすることができる（ワイヤボンダビリティの向上が可能となる）。
なお、レジストスペーサ５６を設けずに、低ヤング率の接着樹脂９０を介して、半導体素子６０を基板５０に直接固定すると、金属線７０で結線する際のワイヤボンダビリティが悪くなる。その場合、低ヤング率の接着樹脂９０に代えてエポキシ系樹脂等の比較的高弾性の接着樹脂を用いる必要があるが、半導体素子６０が圧力センサであると、外部応力を吸収できないため、半導体素子６０の特性変動が生じる。
本実施の形態では、レジストスペーサ５６を設けたうえで低ヤング率の接着樹脂９０を用いている。そのため、ワイヤボンダビリティの悪化を防止できると共に、半導体素子６０が圧力センサであっても、半導体素子６０の応力を低ヤング率の接着樹脂９０で吸収できるため、半導体素子６０の特性変動を抑制できる。
このように、１層目の半導体素子上に２層目の半導体素子を直接積層する従来の構造と異なり、半導体モジュール３では、２層目の半導体素子６０の直下は基板５０である。そのため、レジストパーテーション５５による低ヤング率の接着樹脂９０の分割塗布や、レジストスペーサ５６によるワイヤボンダビリティの向上が可能となる。但し、レジストパーテーション５５を設けずに、レジストスペーサ５６のみを設けてもよい。
〈第１の実施の形態の変形例３〉
第１の実施の形態の変形例３では、３層構造の半導体モジュールの例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例３において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
図１５は、第１の実施の形態の変形例３に係る半導体モジュールを例示する断面図であり、図１（ａ）に対応する断面を示している。
図１５に示すように、半導体モジュール４は、半導体モジュール１（図１参照）が２層構造であったのに対し、３層構造である点で相違する。具体的には、基板５０とカバー基板８０との間に基板１００が挿入されている。
基板１００は、基板５０と同様の構造であり、底板１０１の外縁の４辺全てに側壁１０２が形成されている。言い換えれば、基板１００の底板１０１と側壁１０２により枡状の凹部が形成されている。又、基板１００の底板１０１には貫通孔１０３が形成されている。基板１００の材料や厚さ等は、例えば、基板５０と同等とすることができる。
基板１００の底板１０１の上面（凹部の底面）には、半導体素子１１０がフェイスアップ状態で実装されている。半導体素子１１０の上面には、複数の電極１１１が設けられている。半導体素子１１０の各電極１１１は、貫通孔１０３を通る金属線１２０を介して、半導体素子６０の各電極６２と電気的に接続されている。金属線１２０としては、例えば、金線や銅線等（所謂ボンディングワイヤ）を用いることができる。基板１００の側壁１０２の上面には、カバー基板８０が固定されている。
このように、基板５０と同様の構造の基板を積層することで、平面形状を拡大せずに（実装面積を変更せずに）３層構造の半導体モジュールを実現できる。基板５０と同様の構造の基板を更に積層して、４層以上の構造の半導体モジュールとしてもよい。
〈第１の実施の形態の変形例４〉
第１の実施の形態の変形例４では、受動部品を実装した半導体モジュールの例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例４において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
図１６は、第１の実施の形態の変形例４に係る半導体モジュールを例示する断面図であり、図１（ａ）に対応する断面を示している。
図１６に示すように、半導体モジュール５は、半導体素子２０の代わりに、抵抗１３０及びコンデンサ１４０が実装されている点が半導体モジュール１（図１参照）と主に相違する。抵抗１３０及びコンデンサ１４０の電極（図示せず）は、夫々の一端側で基板１０の電極（図示せず）にフリップチップ接続されている。又、抵抗１３０及びコンデンサ１４０の電極（図示せず）は、基板１０の配線（図示せず）を経由して夫々の他端側で電極１３と接続され、電極１３が金属線７０により半導体素子６０の電極６１と電気的に接続されている。
本実施の形態では、半導体素子６０が圧力センサではない場合の例を示している。半導体素子６０が圧力センサではないため、カバー基板８０には、貫通孔８１は形成されていない。又、充填樹脂４０は、基板１０と基板５０との間に充填されていると共に、基板５０の底板５１よりも上側（基板５０の凹部内）にも充填されており、中空空間は存在しない。
このように、基板１０や基板５０には半導体素子ばかりでなく、抵抗やコンデンサ等の受動部品を実装してもよい。基板１０上、又は基板５０上に、半導体素子と受動部品とを混在させることも可能である。
又、半導体素子等の機能に応じて、適宜、充填樹脂を充填する領域を選択できる。この場合、複数種類の充填樹脂を充填してもよい。例えば、受動部品の周囲にエポキシ系樹脂を充填し、半導体素子の周囲に低弾性のシリコーン系樹脂等を充填してもよい。この場合、特に、応力に弱い（応力により特性変動が生じる）半導体素子を搭載する場合に有効である。
以上、好ましい実施の形態及び変形例について詳説したが、上述した実施の形態及び変形例に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態及び変形例に種々の変形及び置換を加えることができる。
例えば、基板１０に複数の半導体素子等を搭載してもよいし、基板５０に複数の半導体素子等を搭載してもよい。
１、２、３、４、５ 半導体モジュール
１０、５０、１００ 基板
１１、５１、１０１ 底板
１２、５２、１０２ 側壁
１３、２１、２２、６１、６２、１１１ 電極
２０、６０、１１０ 半導体素子
３０、７０、１２０ 金属線
３５ 基板支持部材
４０ 充填樹脂
５３、５４、８１、１０３ 貫通孔
５５ レジストパーテーション
５６ レジストスペーサ
８０ カバー基板
９０ 接着樹脂
１３０ 抵抗
１４０ コンデンサ

Claims (11)

  1. 複数の電極を有する第１の基板と、
    前記第１の基板に接着された、複数の電極を有する第１の素子と、
    前記第１の基板上に積層された、凹部を備えた第２の基板と、
    前記凹部に接着された、複数の電極を有する第２の素子と、を有し、
    前記第１の素子の一端側で、前記第１の素子の電極と前記第１の基板の電極とが電気的に接続され、
    前記一端側と対峙する他端側で、前記第１の素子の電極と前記第２の素子の電極とが前記凹部に設けられた貫通孔を通して電気的に接続されているモジュール。
  2. 前記凹部の上部にカバー基板を有する請求項１記載のモジュール。
  3. 前記第１の素子は、樹脂で覆われている請求項１又は２記載のモジュール。
  4. 前記第１の素子上に前記第２の基板を支える基板支持部材が搭載されている請求項１乃至３の何れか一項記載のモジュール。
  5. 前記第２の素子は、前記凹部に設けられた第１のレジスト上に塗布された接着樹脂で前記凹部に接着されている請求項１乃至４の何れか一項記載のモジュール。
  6. 前記接着樹脂は、第２のレジストで区画された領域に塗布されている請求項５記載のモジュール。
  7. 前記第２の素子を接着する前記接着樹脂は、前記第１の素子を接着する接着樹脂よりも低弾性である請求項５又は６記載のモジュール。
  8. 前記第２の素子は、樹脂で覆われている請求項１乃至７の何れか一項記載のモジュール。
  9. 前記第１の基板には、前記第１の素子を含む少なくとも１つの素子が搭載されており、前記第２の基板には、前記第２の素子を含む少なくとも１つの素子が搭載されている請求項１乃至８の何れか一項記載のモジュール。
  10. 複数の電極を有する第１の基板を準備する工程と、
    前記第１の基板に、複数の電極を有する第１の素子を接着する工程と、
    前記第１の素子の一端側で、前記第１の素子の電極と前記第１の基板の電極とを電気的に接続する工程と、
    第１の貫通孔を有する凹部と、前記凹部の外側に設けられた第２の貫通孔と、を備えた第２の基板を準備する工程と、
    前記凹部に、複数の電極を有する第２の素子を接着する工程と、
    前記第１の基板上に前記第２の基板を積層する工程と、
    前記一端側と対峙する他端側で、前記第１の素子の電極と前記第２の素子の電極とを前記第１の貫通孔を通して電気的に接続する工程と、
    前記第２の貫通孔から樹脂を注入して前記第１の素子を前記樹脂で覆う工程と、
    前記凹部の上部にカバー基板を接着する工程と、
    前記第２の貫通孔を除去するように、前記カバー基板、前記第２の基板、前記第１の基板、及び前記樹脂を切断する工程と、を有するモジュールの製造方法。
  11. 前記第１の基板と、前記第２の基板と、前記カバー基板は複数のモジュールを構成するための集合基板からなり、
    前記カバー基板を接着する工程の後に、個々のモジュールを個片化する工程を有する請求項１０記載のモジュールの製造方法。
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