JP4700114B2 - 半導体モジュール - Google Patents

Description

本発明は、モジュール基板上に電子部品を搭載した半導体モジュールに関するものであり、特に、電子部品を介してモジュール基板と対向配置され、電子部品と接着剤で接着される天板を有する半導体モジュールに関するものである。

従来から、モジュール基板と電子部品を介して対向配置される天板を有する半導体モジュールが提案されている。例えば特許文献１では、上記の天板を、樹脂またはセラミックス等からなる絶縁板で構成している。

実開平７−４２１２６号公報（段落〔００１０〕、図１等参照）

ところで、天板を有する従来の半導体モジュールとして、洋白材（金属）からなる足付天板をモジュール基板に対してはんだ付けした構造のものもある。モジュール基板の小型化に対応するためには、足なしの天板にする必要があるが、モジュール基板に搭載される電子部品に足なしの天板を固着した構造とした場合、万が一、天板が外れたときに、その天板（金属）が、半導体モジュールが実装されるメイン基板の部品に接触し、電気的にショートを起こすことが懸念される。

そこで、天板を絶縁構造（金属を樹脂で覆う構造）にすれば、天板が外れたときの上記の不都合を回避できると考えられる。しかし、その反面、天板が異種材料を重ね合わせた構造となるため、半導体モジュールのメイン基板への実装時に、温度変化に伴って天板の反りが発生し、電子部品の実装不良が生ずる。以下、この問題についてより詳しく説明する。

図５（ａ）は、金属を樹脂で絶縁した構造の天板を有する半導体モジュールの一構成例を示す断面図である。この半導体モジュールでは、モジュール基板１０１上に導体パターン１０２を介して電子部品１０３が搭載されている。電子部品１０３は、必要に応じてはんだ１０４を用いて導体パターン１０２と接着（はんだ付け）される。そして、電子部品１０３を覆うように、天板１０５がモジュール基板１０１と対向して配置される。

天板１０５は、樹脂層１０５ａの片面に金属層１０５ｂを貼り合わせ、さらに金属層１０５ｂを覆うようにソルダーレジスト１０５ｃをコーティングして構成されている。この構成により、天板１０５の剛性と絶縁性とが確保される。

一方、図６（ａ）は、金属を樹脂で絶縁した構造の天板を有する半導体モジュールの他の構成例を示す断面図である。この半導体モジュールは、樹脂層１０５ａにおける金属層１０５ｂの形成面を、図５（ａ）の天板１０５とは逆にした構成となっている。つまり、図６（ａ）の天板１０５は、樹脂層１０５ａにおける電子部品搭載側に金属層１０５ｂを貼り合わせ、その金属層１０５ｂを覆うようにソルダーレジスト１０５ｃをコーティングして構成されている。

いずれの天板１０５も、モジュール基板１０１上に搭載された、背が高く、塗布面積を確保できる電子部品１０３と接着剤１０６で固定される。また、モジュール中央の電子部品１０３と天板１０５とを接着できない場合、外周部の複数の電子部品１０３と天板１０５とを接着することで、天板１０５はモジュール基板１０１と平行に保持される。

ところが、図５（ａ）および図６（ａ）のように、樹脂層１０５ａの片面に金属層１０５ｂを貼り合せた構成では、樹脂層１０５ａと金属層１０５ｂとで熱膨張率が異なるため、温度変化に伴って天板１０５の反りが発生する。このため、半導体モジュールをリフローはんだ付けによってメイン基板に搭載する際に、モジュール内の電子部品１０３の実装不良が起こる。

つまり、図５（ａ）および図６（ａ）で示した半導体モジュールは、図示しないメイン基板に実装される際にリフローはんだ付けされるが、その際に、半導体モジュールがメイン基板上で加熱されることで、モジュール内のはんだ１０４や天板１０５を固定している接着剤１０６が溶融、軟化する。図５（ａ）の構成において、はんだ１０４や接着剤１０６が溶融、軟化している状態で天板１０５が反ると、図５（ｂ）に示すように、天板１０５が電子部品１０３を押さえることになる。冷却時、はんだ１０４は最初に固まるため、電子部品１０３は傾いたままの状態で固定されてしまう。

一方、図６（ａ）の構成においては、はんだ１０４や接着剤１０６が溶融、軟化している状態で天板１０５が反ると、図５（ｂ）に示すように、接着剤１０６で固定された電子部品１０３を天板１０５が持ち上げることになる。そして、上記と同様に、冷却時には電子部品１０３が傾いたままの状態で固定されてしまう。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、異種材料からなる天板の温度変化に伴う反りを無くし、これによって、半導体モジュールのメイン基板への搭載時に電子部品の実装不良を低減することができる半導体モジュールを提供することにある。

本発明の半導体モジュールは、モジュール基板上に搭載される電子部品を介して前記モジュール基板と対向配置され、前記電子部品と接着剤で接着される天板を有する半導体モジュールにおいて、前記天板は、樹脂層と金属層とを含み、かつ、絶縁性を有しており、前記金属層は、前記樹脂層の表裏にそれぞれ形成されており、温度変化に伴う、前記樹脂層とその表面の金属層との熱膨張率の差によって生ずる天板の反りが、前記樹脂層とその裏面の金属層との熱膨張率の差によって生ずる天板の反りでキャンセルされることを特徴としている。

上記の構成によれば、モジュール基板（配線基板）と対向配置される天板は、モジュール基板上の電子部品と接着剤で接着される。この天板が絶縁性を有していることにより、天板が外れて、半導体モジュールが実装されるメイン基板（回路基板）に接触したとしても、電気的なショートが発生するのを回避できる。

また、天板は、異種材料である樹脂層と金属層とを含んで構成されているが、金属層は、樹脂層の表裏にそれぞれ形成されており、温度変化に伴う、樹脂層とその表面の金属層（第１の金属層とも称する）との熱膨張率の差によって生ずる天板の反りが、樹脂層とその裏面の金属層（第２の金属層とも称する）との熱膨張率の差によって生ずる天板の反りでキャンセルされる。これにより、温度変化に伴う天板の挙動が、樹脂層の表面側と裏面側とで対称となり、温度変化時の天板全体の反りを無くすことができる。したがって、例えば半導体モジュールのメイン基板への実装時におけるリフローはんだ付け工程において、天板と接着剤を介して接着されたモジュール内の電子部品が、天板の反りによってモジュール基板に押し付けられたり、反対に、持ち上げられたりするのを回避することができ、電子部品のモジュール基板に対する実装不良を低減することができる。

本発明の半導体モジュールにおいて、前記樹脂層の表裏の各金属層は、互いに同一厚さでかつ同一材料で形成されていてもよい。この場合、温度変化時の天板全体の反りを確実にかつ容易に無くすことができるので、電子部品の実装不良を確実にかつ容易に低減することができる。

本発明の半導体モジュールにおいて、前記樹脂層の表裏の各金属層は、規則的なパターンで配置される複数の金属部にそれぞれ分割されていてもよい。この場合、各金属層を樹脂層に対して一面ベタ状に形成する場合に比べて、各金属層と樹脂層とで伸縮力の差が小さくなり、効果的である。つまり、各金属層の少ない量で上述した本発明の効果を得ることができる。

本発明の半導体モジュールにおいて、前記各金属部は、前記樹脂層の表裏の各金属層において同一ピッチで配置されていることが望ましい。この場合、各金属部による天板の反り防止効果を、天板の全面にわたって均等に得ることができる。

本発明の半導体モジュールにおいて、前記各金属部は、前記樹脂層の表裏の各金属層間でずれて配置されており、かつ、互いに垂直な２つの配列方向の両方向にずれて配置されていることが望ましい。この構成では、例えば、一方の金属層（第１の金属層）において４つの金属部で囲まれる位置に対応する位置に、他方の金属層（第２の金属層）の金属部を位置させることができる。これにより、天板全体の剛性を均等に確保することができる。

本発明の半導体モジュールにおいて、前記各金属部の占有面積の総和は、前記樹脂層の表裏の各金属層間で同じであることが望ましい。この場合、温度変化時における樹脂層と第１の金属層との伸縮力の差と、樹脂層と第２の金属層との伸縮力の差とを同じにすることができ、温度変化時の天板の反りを確実に無くすことができる。

本発明の半導体モジュールにおいて、前記樹脂層は、透明または半透明の樹脂で構成されており、前記天板は、前記樹脂層上に前記各金属層を覆うように形成される絶縁層をさらに含んでおり、前記樹脂層の表面側の金属層およびそれを覆う絶縁層が、前記樹脂層の裏面側の金属層の一部と対向する領域を除いて形成されていてもよい。

この構成では、樹脂層の裏面側の金属層の一部（金属部）を、透明または半透明の樹脂層を透かして表面側から視認することができ、この透かして見える領域をマーキング代わりに使用することができる。これにより、レーザーマーキング等によるマーキングの手間を省いて生産効率を向上させることができる。また、樹脂層上の各金属層が絶縁層で覆われるので、天板の絶縁性を確実に確保することができる。

本発明の半導体モジュールにおいて、前記天板は、前記モジュール基板上に搭載される１個の電子部品と接着剤で接着されていることが望ましい。この構成では、電子部品と天板との接着箇所が１つであるので、たとえその接着箇所を起点として天板の反りが何らかの原因で発生したとしても、他の電子部品が天板によって持ち上げられることがなく、電子部品の実装不良を確実に防止することができる。

本発明の半導体モジュールにおいて、前記天板における前記接着剤との接触面は、凹凸形状であることが望ましい。この構成では、接触面が平面である場合に比べて、天板と接着剤との接触面積を増大させることができ、接着強度を上げることができる。また、これにより、モジュール中央の電子部品ではなく、周辺部の電子部品と天板とを接着する構成とすることもでき、接着の際のバリエーションが増大する。

本発明の半導体モジュールにおいて、前記天板は、前記モジュール基板上に搭載される複数の電子部品の一部が嵌る開口部を有していてもよい。複数の電子部品の高さが異なる場合、背の高い電子部品が天板の開口部に嵌るように、天板と残りの電子部品とを接着剤で接着すれば、背の高い電子部品を用いながらモジュール自体の高さを低く抑えることが可能となる。これにより、背の高い電子部品を用いる場合でも小型のモジュールを実現することが可能となる。

本発明の半導体モジュールにおいて、前記天板の前記樹脂層は、リフローはんだ付け工程における耐熱性を有する有機材料で構成されていることが望ましい。この場合、リフローはんだ付けによってメイン基板に実装し得る半導体モジュールを確実に実現することができる。

本発明によれば、天板の金属層は、樹脂層の表裏にそれぞれ形成されており、温度変化に伴う、樹脂層とその表面の金属層との熱膨張率の差によって生ずる天板の反りが、樹脂層とその裏面の金属層との熱膨張率の差によって生ずる天板の反りでキャンセルされるので、温度変化時の天板全体の反りを無くすことができる。これにより、例えば半導体モジュールのメイン基板への実装時におけるリフローはんだ付け工程において、天板と接着剤を介して接着されたモジュール内の電子部品が、天板の反りによってモジュール基板に押し付けられたり、反対に、持ち上げられたりするのを回避することができ、電子部品のモジュール基板に対する実装不良を低減することができる。

（ａ）は、本発明の実施の一形態に係る半導体モジュールの概略の構成を示す平面図であり、（ｂ）は、上記半導体モジュールの断面図である。 （ａ）は、本発明の他の実施の形態に係る半導体モジュールの概略の構成を示す平面図であり、（ｂ）は、上記半導体モジュールの断面図である。 （ａ）は、本発明のさらに他の実施の形態に係る半導体モジュールの概略の構成を示す平面図であり、（ｂ）は、上記半導体モジュールの断面図である。 （ａ）は、本発明のさらに他の実施の形態に係る半導体モジュールの概略の構成を示す平面図であり、（ｂ）は、上記半導体モジュールの断面図である。 （ａ）は、金属を樹脂で絶縁した構造の天板を有する半導体モジュールの一構成例を示す断面図であり、（ｂ）は、上記天板に反りが発生した半導体モジュールの断面図である。 （ａ）は、金属を樹脂で絶縁した構造の天板を有する半導体モジュールの他の構成例を示す断面図であり、（ｂ）は、上記天板に反りが発生した半導体モジュールの断面図である。

〔実施の形態１〕
本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば以下の通りである。

図１（ａ）は、本実施形態の半導体モジュールの概略の構成を示す平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ’線矢視断面図である。本実施形態の半導体モジュールにおいて、モジュール基板１（配線基板）上には、導体パターン２を介して電子部品３が搭載されている。電子部品３は、インダクタ、コンデンサ、抵抗などの受動部品や、ＩＣや半導体などの能動部品を含んでおり、必要に応じてはんだ４を用いて導体パターン２と接着（はんだ付け）される。そして、電子部品３を介してモジュール基板１と対向するように、天板５が配置されている。天板５は、複数の電子部品３のうち、１個の電子部品３の上面と接着剤６（弾性材）で接着されている。

また、モジュール基板１の裏面、すなわち、電子部品搭載側とは反対側の面には、不図示のメイン基板（回路基板）と外部接続電極を介して接続される導体パターン７が形成されている。上記構成の半導体モジュールは、リフローはんだ付けによってメイン基板に実装される。

次に、上記した天板５の構成について説明する。天板５は、樹脂層１１と、金属層１２・１３と、絶縁層としてのソルダーレジスト１４・１５とを有して構成されている。樹脂層１１の表面における外周部を除く部位には金属層１２（第１の金属層）が形成されており、この金属層１２を覆うようにソルダーレジスト１４が樹脂層１１上にコーティングされている。一方、樹脂層１１の裏面における外周部を除く部位には金属層１３（第２の金属層）が形成されており、この金属層１３を覆うようにソルダーレジスト１５が樹脂層１１上にコーティングされている。この結果、天板５は、樹脂層１１に対して表裏対称な層構造となっている。

なお、樹脂層１１の表面とは、樹脂層１１においてモジュール基板１との対向側（電子部品３と接着剤６で接着される側）とは反対側の面を指し、樹脂層１１の裏面とは、モジュール基板１との対向側の面を指すものとする。したがって、例えば、樹脂層１１の表面側の金属層と言えば金属層１２を指し、樹脂層１１の裏面側の金属層と言えば金属層１３を指す。

上記のような天板５の層構造により、金属層１２・１３が樹脂（樹脂層１１、ソルダーレジスト１４・１５）で覆われることになるので、天板５の絶縁性を確保することができる。したがって、天板５が外れてメイン基板に接触したとしても、電気的なショートが発生するのを回避できる。また、天板５が金属層１２・１３を有していることにより、天板５の剛性も確保することができる。

ここで、樹脂層１１は、リフローはんだ付け工程における耐熱性を有する、非導電性の有機材料で構成されている。具体的には、リフローはんだ付け工程におけるピーク温度は、２４０〜２５０℃程度であり、樹脂層１１は少なくともこの温度に耐え得る材料で構成される必要があることから、本実施形態では、樹脂層１１は例えば厚さ０．１ｍｍ程度のガラスエポキシ材で構成されている。ガラスエポキシ材の熱膨張率は、ガラス転移点（１４０〜１８０℃）に達するまでは、１０〜２０×１０^-6／℃であり、ガラス転移点を越えた温度では、ガラス転移点に達するまでの熱膨張率よりも１桁大きくなるものと考えられる。このように、樹脂層１１が上記材料で構成されていることにより、リフローはんだ付けによってメイン基板に実装し得る半導体モジュールを確実に実現することができる。

金属層１２・１３は、互いに同一厚さでかつ同一金属材料で構成されており、本実施形態では樹脂層１１よりも薄い銅箔（例えば厚さ数十μｍ）でそれぞれ構成されている。銅箔の熱膨張率は、１６．５×１０^-6／℃（２０℃）である。ちなみに、リフロー炉内に相当する温度での銅箔の熱膨張率は、１８．３×１０^-6／℃（２２７℃）であり、２０℃のときの熱膨張率と大きな差はない。

同一厚さで同一材料の金属層１２・１３が樹脂層１１の表裏の両面にそれぞれ形成されていることにより、半導体モジュールのメイン基板への実装時におけるリフローはんだ付け工程において、天板５が熱挙動的に表裏対称となる。つまり、温度変化に伴う、樹脂層１１と金属層１２との熱膨張率の差によって生ずる天板５の反りが、樹脂層１１と金属層１３との熱膨張率の差によって生ずる天板５の反りでキャンセルされ、温度変化時の天板５の反りが無くなる。よって、リフローはんだ付け工程において、天板５と接着剤６を介して接着されたモジュール内の電子部品３が、天板５の反りによってモジュール基板１に押し付けられたり、反対に、持ち上げられたりするのを回避することができ、電子部品３のモジュール基板１に対する実装不良を低減することができる。つまり、天板５が樹脂および金属の異種材料を含む構成であっても、リフローはんだ付け工程において、熱膨張率の差に起因する天板５の反りを無くすことができ、電子部品３の実装不良を低減することができる。

なお、金属層１２・１３は、同一厚さで同一材料に限定されるわけではない。つまり、金属層１２・１３を互いに異なる材料で構成し、その代わりに、金属層１２・１３の厚さを調整することにより、天板５を熱挙動的に表裏対称にすることは可能である。この場合、天板５に使用する金属材料のバリエーションを増大させることができる。つまり、金属層１２・１３の構成材料の組み合わせの自由度を増大させることができる。

以上のことをまとめると、本実施形態の半導体モジュールは、天板５における金属層１２・１３が樹脂層１１の表裏にそれぞれ形成され、金属層１２・１３の厚さおよび構成材料が互いに同一であろうとなかろうと、温度変化に伴う、樹脂層１１と金属層１２との熱膨張率の差によって生ずる天板５の反りが、樹脂層１１と金属層１３との熱膨張率の差によって生ずる天板５の反りでキャンセルされればよいということができる。

特に、樹脂層１１の表裏に形成される金属層１２・１３が互いに同一厚さでかつ同一材料で形成されていれば、リフローはんだ付け工程における天板５の反りを確実にかつ容易に無くすことができる。この結果、リフローはんだ付け時の電子部品３の実装不良を確実にかつ容易に低減することができる。

また、本実施形態では、天板５は、１個の電子部品３と接着剤６で接着されており、電子部品３と天板５との接着箇所が１つであるので、たとえ何らかの原因でその接着箇所を起点として天板５がモジュール内側に凸となるように反ったとしても、天板５と他の電子部品３とは接着されていないことから、他の電子部品３が天板５によって持ち上げられることがなく、他の電子部品３が実装不良となるのを確実に防止することができる。

〔実施の形態２〕
本発明の他の実施の形態について、図面に基づいて説明すれば以下の通りである。なお、説明の便宜上、実施の形態１と同一の構成には同一の部材番号を付記し、その説明を省略する。

図２（ａ）は、本実施形態の半導体モジュールの概略の構成を示す平面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＢ−Ｂ’線矢視断面図である。本実施形態の半導体モジュールにおいては、樹脂層１１の表面側の金属層１２は、規則的なパターンで均一に配置される複数の金属部１２ａにそれぞれ分割されている。各金属部１２ａは、例えば、直径０．３ｍｍの円形パターンで、互いに垂直な２方向（縦方向および横方向）に０．４ｍｍピッチでそれぞれ配置されている。

上記の金属層１２と同様に、樹脂層１１の裏面側の金属層１３も規則的なパターンで均一に配置される複数の金属部１３ａにそれぞれ分割されている。各金属部１３ａは、例えば、直径０．３ｍｍの円形パターンで、互いに垂直な２方向（縦方向および横方向）に０．４ｍｍピッチでそれぞれ配置されている。ただし、各金属部１３ａは、各金属部１２ａとはずれて配置されている。より具体的には、各金属部１３ａは、各金属部１２ａに対して、縦方向および横方向のそれぞれに半ピッチ（例えば０．２ｍｍ）ずらした位置に形成されている。

本実施形態のように、各金属層１２・１３が、規則的なパターンで配置される複数の金属部１２ａ・１３ａにそれぞれ分割されている場合、実施の形態１のように各金属層１２・１３が樹脂層１１に対して一面ベタ状に形成される場合に比べて、各金属層１２・１３の占有面積が例えば半分に減少し、その分、各金属層１２・１３と樹脂層１１とで伸縮力（熱応力）の差が小さくなる。しかし、このように構成しても、温度変化に伴う、樹脂層１１と金属層１２との熱膨張率の差によって生ずる天板５の反りを、樹脂層１１と金属層１３との熱膨張率の差によって生ずる天板５の反りでキャンセルすることができ、温度変化時の天板５の反りを無くすことができる。したがって、各金属層１２・１３の少ない量で上記の効果を得ることができ、効果的である。

また、本実施形態では、各金属部１２ａ・１３ａは、樹脂層１１の表裏の各金属層１２・１３において同一ピッチで配置されているので、各金属部１２ａ・１３ａ（各金属層１２・１３）による天板５の反り防止効果を、天板５の全面にわたって均等に得ることができる。

また、各金属部１２ａ・１３ａは、樹脂層１１の表裏の各金属層１２・１３間でずれて配置されており、かつ、互いに垂直な２つの配列方向（縦方向および横方向）の両方向にずれて配置されているので、図２（ａ）に示すように、一方の金属層１２において４つの金属部１２ａで囲まれる位置に対応する位置に、他方の金属層１３の金属部１３ａを位置させることができる。同様に、他方の金属層１３において４つの金属部１３ａで囲まれる位置に対応する位置に、一方の金属層１２の金属部１２ａを位置させることができる。したがって、樹脂層１１の表裏いずれかに金属部が存在する状態（またはそれに近い状態）となり、天板５の全面で均一な剛性を確保することができる。

また、各金属部１２ａ・１３ａが、それぞれ規則的なパターンで樹脂層１１の表裏に均一に配置されることにより、樹脂層１１に対する金属部１２ａの占有面積の総和は、樹脂層１１に対する金属部１３ａの占有面積の総和と同じである。このように、各金属部１２ａ・１３ａの占有面積の総和が、樹脂層１１の表裏の各金属層１２・１３間で同じであることにより、温度変化時における樹脂層１１と金属層１２との伸縮力の差と、樹脂層１１と金属層１３との伸縮力の差とを同じにすることができ、温度変化時の天板５の反りを確実に無くすことができる。

また、本実施形態では、樹脂層１１の裏面側、すなわち、電子部品３との接着側に位置する各金属部１３ａが互いに独立して配置され、円形の金属部１３ａが存在する箇所と存在しない箇所とが生じることにより、図２（ｂ）に示すように、各金属部１３ａを覆うように樹脂層１１上に形成されるソルダーレジスト１５に凹凸が生じる。つまり、この結果、天板５における接着剤６との接触面が凹凸形状となる。これにより、実施の形態１のように接触面が平面である場合に比べて、天板５と接着剤６との接触面積を増大させることができ、接着強度を増大させることができる。また、接着強度の増大により、モジュール中央の電子部品３ではなく、周辺部の電子部品３と天板５とを接着する構成とすることもでき、接着の際のバリエーションを増大させることができる。

なお、本実施形態では、各金属部１２ａ・１３ａの形状を円形としているが、方形やその他の形状であってもよい。また、各金属部１２ａ・１３ａの大きさや配列ピッチは、上記した値に限定されるわけではない。

〔実施の形態３〕
本発明のさらに他の実施の形態について、図面に基づいて説明すれば以下の通りである。なお、説明の便宜上、実施の形態１・２と同一の構成には同一の部材番号を付記し、その説明を省略する。

図３（ａ）は、本実施形態の半導体モジュールの概略の構成を示す平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＣ−Ｃ’線矢視断面図である。本実施形態の半導体モジュールは、実施の形態２において、樹脂層１１の表面側の金属層１２およびそれを覆うソルダーレジスト１４が、樹脂層１１の裏面側の金属層１３の一部（一部の金属部１３ａ）と対向する領域を除いて形成された構成となっている。つまり、樹脂層１１の表面側において、裏面側の金属層１３の一部と対向する領域には金属層１２（金属部１２ａ）は形成されていない。そして、上記領域においては、ソルダーレジスト１４に孔１４ａが形成されている。したがって、樹脂層１１の表面の一部は、孔１４ａを介して露出していることになる。

樹脂層１１が、上述したガラスエポキシ材等の透明または半透明の樹脂で構成される場合、表面側から孔１４ａおよび樹脂層１１を介して、裏面側の金属層１３の一部（金属部１３ａ）を透かして視認でき、この透かして視認できる領域をマーキング代わりに使用することができる。通常、モジュールの１番ピンを示すマークをレーザーマーキング等によって天板に表示することが行われるが、上記した本実施形態の構成では、透かして視認できる領域をマーキング代わりに使用できるので、レーザーマーキング等を用いる手法に比べてマーキングの手間を省くことができ、モジュールの生産効率を上げることができる。

〔実施の形態４〕
本発明のさらに他の実施の形態について、図面に基づいて説明すれば以下の通りである。なお、説明の便宜上、実施の形態１〜３と同一の構成には同一の部材番号を付記し、その説明を省略する。

図４（ａ）は、本実施形態の半導体モジュールの概略の構成を示す平面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＤ−Ｄ’線矢視断面図である。本実施形態の半導体モジュールは、実施の形態１において、天板５が開口部５ａを有した構成となっている。開口部５ａは、樹脂層１１およびソルダーレジスト１４・１５の各層を全て貫通または切り欠いて形成されており、金属層１２・１３は樹脂層１１の外周部を除く領域に形成されている。なお、開口部５ａは、周囲が閉じた孔であってもよく、図４（ａ）に示すように周囲の一部が開いた切り欠き形状であってもよい。

本実施形態では、開口部５ａは、モジュール基板１上に搭載される複数の電子部品３の一部（例えば最も背の高い電子部品３ａ）が嵌る大きさおよび形状で形成されている。したがって、最も背の高い電子部品３ａを開口部５ａに嵌める一方、他の１個の電子部品３ｂと天板５とを接着剤６で接着することにより、半導体モジュールが構成される。なお、最も背の高い電子部品３ａとは、モジュール基板１上に搭載される複数の電子部品３のうちで、天板５側の上面がモジュール基板１から最も離れている電子部品を指す。

このように、モジュール基板１上の複数の電子部品３の高さが異なる場合、背の高い電子部品３ａが天板５の開口部５ａに嵌るように、天板５と残りの電子部品３ｂとを接着剤６で接着すれば、背の高い電子部品３ａを用いながらモジュール自体の高さを低く抑えることが可能となる。これにより、背の高い電子部品３ａを用いる場合でも小型のモジュールを実現することが可能となる。

なお、天板５に形成される開口部５ａの個数は、１個に限定されるわけではない。例えば、ｎ個の電子部品３がモジュール基板１上に搭載される場合は、最大ｎ−１個の開口部５ａを天板５に形成し、残りの１個の電子部品３と天板５とを接着剤６で接着するようにしてもよい。

以上、各実施の形態の半導体モジュールによれば、（１）天板５の剛性が確保され、（２）リフローはんだ付け時に天板５の反りが発生しにくく、（３）天板５の熱伸縮が電子部品３の実装に悪影響を及ぼしにくい、（４）天板５の接合強度を保持した、天板貼付け構造の半導体モジュールを実現することができる。

なお、各実施の形態の構成を適宜組み合わせて半導体モジュールを構成することも勿論可能である。例えば、天板５に開口部５ａを設ける実施の形態４の構成と、金属層１２・１３を分割パターンで形成する実施の形態２・３の構成とを組み合わせて半導体モジュールを構成することも可能である。

本発明は、メイン基板にリフローはんだ付けされる半導体モジュールに利用することができる。

１ モジュール基板
３ 電子部品
３ａ 電子部品
３ｂ 電子部品
５ 天板
５ａ 開口部
６ 接着剤
１１ 樹脂層
１２ 金属層
１２ａ 金属部
１３ 金属層
１３ａ 金属部
１４ ソルダーレジスト（絶縁層）
１５ ソルダーレジスト（絶縁層）

Claims (11)

1. モジュール基板上に搭載される電子部品を介して前記モジュール基板と対向配置され、前記電子部品と接着剤で接着される天板を有する半導体モジュールにおいて、
   前記天板は、樹脂層と金属層とを含み、かつ、絶縁性を有しており、
   前記金属層は、前記樹脂層の表裏にそれぞれ形成されており、
   温度変化に伴う、前記樹脂層とその表面の金属層との熱膨張率の差によって生ずる天板の反りが、前記樹脂層とその裏面の金属層との熱膨張率の差によって生ずる天板の反りでキャンセルされることを特徴とする半導体モジュール。
2. 前記樹脂層の表裏の各金属層は、互いに同一厚さでかつ同一材料で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュール。
3. 前記樹脂層の表裏の各金属層は、規則的なパターンで配置される複数の金属部にそれぞれ分割されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体モジュール。
4. 前記各金属部は、前記樹脂層の表裏の各金属層において同一ピッチで配置されていることを特徴とする請求項３に記載の半導体モジュール。
5. 前記各金属部は、前記樹脂層の表裏の各金属層間でずれて配置されており、かつ、互いに垂直な２つの配列方向の両方向にずれて配置されていることを特徴とする請求項４に記載の半導体モジュール。
6. 前記各金属部の占有面積の総和は、前記樹脂層の表裏の各金属層間で同じであることを特徴とする請求項５に記載の半導体モジュール。
7. 前記樹脂層は、透明または半透明の樹脂で構成されており、
   前記天板は、前記樹脂層上に前記各金属層を覆うように形成される絶縁層をさらに含んでおり、
   前記樹脂層の表面側の金属層およびそれを覆う絶縁層が、前記樹脂層の裏面側の金属層の一部と対向する領域を除いて形成されていることを特徴とする請求項３から６のいずれかに記載の半導体モジュール。
8. 前記天板は、前記モジュール基板上に搭載される１個の電子部品と接着剤で接着されることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の半導体モジュール。
9. 前記天板における前記接着剤との接触面は、凹凸形状であることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の半導体モジュール。
10. 前記天板は、前記モジュール基板上に搭載される複数の電子部品の一部が嵌る開口部を有していることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の半導体モジュール。
11. 前記天板の前記樹脂層は、リフローはんだ付け工程における耐熱性を有する有機材料で構成されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の半導体モジュール。

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