JP5709218B2 - 半導体装置、3次元実装型半導体装置、半導体モジュール、電子機器、及びその製造方法 - Google Patents
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Description
互いに表裏の関係にある第1の面と第2の面とを有しその第1の面には外部端子が備えられている1つ以上の第1の半導体素子と、
互いに表裏の関係にある第1の面と第2の面とにそれぞれ導体層が形成されている放熱部と、互いに表裏の関係にある第1の面と第2の面とにそれぞれ配線パターンが形成されている配線パターン部と、を備え、前記放熱部の第1の面と第2の面上の前記導体層はビアを介して互いに接続されており、前記配線パターン部の第1の面には第1の外部端子が備えられており、前記配線パターン部の第2の面には第2の外部端子及び第3の外部端子が備えられている1つの可撓性回路基板と、
を含み、
前記第1の半導体素子に備えられている前記外部端子と前記可撓性回路基板に備えられている前記第1の外部端子とは電気的に接続されており、
前記可撓性回路基板は、前記配線パターン部が前記第1の半導体素子の少なくとも一部分を包むように、折り曲げられて前記第1の半導体素子の第2の面に接着されており、
前記第2の外部端子は前記第1の半導体素子の第1の面上方に配置されており、
前記第3の外部端子は前記第1の半導体素子の第2の面上方に配置されている、
ことを特徴とする。
互いに表裏の関係にある第1の面と第2の面とを有しその第1の面には外部端子が備えられている1つ以上の第1の半導体素子と、
互いに表裏の関係にある第1の面と第2の面とを有し、貫通穴又はその第1の面に形成された溝を有する平板と、
互いに表裏の関係にある第1の面と第2の面とにそれぞれ導体層が形成されている放熱部と、互いに表裏の関係にある第1の面と第2の面とにそれぞれ配線パターンが形成されている配線パターン部と、を備え、前記放熱部の第1の面と第2の面上の前記導体層はビアを介して互いに接続されており、前記配線パターン部の第1の面には第1の外部端子が備えられており、前記配線パターン部の第2の面には第2の外部端子及び第3の外部端子が備えられている1つの可撓性回路基板と、
を含み、
前記第1の半導体素子に備えられている前記外部端子と前記可撓性回路基板に備えられている前記第1の外部端子とは電気的に接続されており、
前記貫通穴又は前記溝は前記第1の半導体素子を収容できる大きさを有しその内側には前記第1の半導体素子が収容されており、
前記可撓性回路基板は、前記配線パターン部が前記平板の少なくとも一部分を包むように、折り曲げられて前記平板の第2の面に接着されており、
前記平板の第1の面は前記可撓性回路基板の第1の面に接着されており、
前記第2の外部端子は、前記平板及び前記第1の半導体素子のうち少なくとも一方の第1の面上方に配置されており、
前記第3の外部端子は、前記平板及び前記第1の半導体素子のうち少なくとも一方の第2の面上方に配置されている、
ことを特徴とする。
本発明の第1又は第2の観点に係る半導体装置と、
互いに表裏の関係にある第1の面と第2の面とを有しその第1の面には外部端子が備えられている1つ以上の第2の半導体素子と、
を含み、
前記第2の半導体素子は前記半導体装置の前記第3の外部端子が配置されている面に積層されており、
前記第3の外部端子と前記第2の半導体素子に備えられている前記外部端子とは電気的に接続されている、
ことを特徴とする。
本発明の第1又は第2の観点に係る半導体装置を複数備え、
各前記半導体装置の前記第2の外部端子が配置されている面と、該半導体装置に隣接する他の前記半導体装置の前記第3の外部端子が配置されている面と、が互いに対向するように、複数の前記半導体装置は積層され、且つ、各前記半導体装置の前記第2の外部端子と該半導体装置に隣接する前記他の前記半導体装置の前記第3の外部端子とは電気的に接続されており、
各前記半導体装置に含まれている前記放熱部はそれぞれ折り曲げられて互いに熱的に接続されており、且つ、前記第2の外部端子が配置されている面を下と定義した場合において最上層に積層されている半導体装置に含まれている前記第1の半導体素子の第2の面、前記平板の第2の面又はその両方と熱的に接続されている、
ことを特徴とする。
本発明の第1若しくは第2の観点に係る半導体装置又は本発明の第3若しくは4の観点に係る3次元実装型半導体装置と、
プリント回路基板と、を備え、
前記半導体装置又は前記3次元実装型半導体装置は前記プリント回路基板上に配置され前記プリント回路基板と電気的に接続されている、
ことを特徴とする。
本発明の第1若しくは第2の観点に係る半導体装置、本発明の第3若しくは第4の観点に係る3次元実装型半導体装置、又は、本発明の第5の観点に係る半導体モジュールを備える、
ことを特徴とする。
(a)互いに表裏の関係にある第1の面と第2の面とを有しその第1の面には外部端子が備えられている1つ以上の第1の半導体素子の前記外部端子と、(b)互いに表裏の関係にある第1の面と第2の面とにそれぞれ導体層が形成されている放熱部と、互いに表裏の関係にある第1の面と第2の面とにそれぞれ配線パターンが形成されている配線パターン部と、を備え、前記放熱部の第1の面と第2の面上の前記導体層はビアを介して互いに接続されており、前記配線パターン部の第1の面には第1の外部端子が備えられており、前記配線パターン部の第2の面には第2の外部端子及び第3の外部端子が備えられている1つの可撓性回路基板の前記第1の外部端子と、を電気的に接続する工程と、
前記配線パターン部が前記第1の半導体素子の少なくとも一部分を包むように前記可撓性回路基板を折り曲げて前記第1の半導体素子の第2の面に接着し、前記第2の外部端子を前記第1の半導体素子の第1の面上方に、前記第3の外部端子を前記第1の半導体素子の第2の面上方に、それぞれ配置する工程と、
前記放熱部を前記第1の半導体素子の一端から外側に延在させる工程と、
を含むことを特徴とする。
(a)互いに表裏の関係にある第1の面と第2の面を有しその第1の面には外部端子が備えられている1つ以上の第1の半導体素子の前記外部端子と、(b)互いに表裏の関係にある第1の面と第2の面とにそれぞれ導体層が形成されている放熱部と、互いに表裏の関係にある第1の面と第2の面とにそれぞれ配線パターンが形成されている配線パターン部と、を備え、前記放熱部の第1の面と第2の面上の前記導体層はビアを介して互いに接続されており、前記配線パターン部の第1の面には第1の外部端子が備えられており、前記配線パターン部の第2の面には第2の外部端子及び第3の外部端子が備えられている1つの可撓性回路基板の前記第1の外部端子と、を電気的に接続する工程と、
互いに表裏の関係にある第1の面と第2の面とを有し、前記第1の半導体素子を収容できる大きさの貫通穴又はその第1の面に形成された溝を有する平板と、前記可撓性回路基板の第1の面と、を接着する工程と、
前記貫通穴又は前記溝の内側に前記第1の半導体素子を収容する工程と、
前記配線パターン部を前記平板の少なくとも一部分を包むように折り曲げて前記平板の第2の面の少なくとも一部分に接着し、前記第2の外部端子を前記平板の第1の面側に、前記第3の外部端子を前記平板の第2の面側に、それぞれ配置する工程と、
前記放熱部を前記平板の一端から外側に延在させる工程と、
を含むことを特徴とする。
本発明の第1又は第2の観点に係る複数の半導体装置を、各前記半導体装置の前記第2の外部端子が配置されている面と、該半導体装置に隣接する他の前記半導体装置の前記第3の外部端子が配置されている面と、が互いに対向するように、複数積層する工程と、
積層された複数の前記半導体装置を互いに電気的に接続する工程と、
各前記半導体装置に含まれている前記放熱部をそれぞれ折り曲げて互いに熱的に接続する工程と、
各前記半導体装置に含まれている前記放熱部を折り曲げて、前記第2の外部端子が配置されている面を下と定義した場合において最上層に積層されている半導体装置に含まれている第1の半導体素子の第2の面、平板の第2の面又はその両方と熱的に接続する工程と、
を含むことを特徴とする。
先ず、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置40の構成について説明する。
本発明の第1の実施形態に係る半導体装置40は、図1に示すように、可撓性回路基板1と第1の半導体素子4とを備えている。可撓性回路基板1は、図3に示すように、配線パターン部2と放熱部3とから構成されている。配線パターン部2は、図1、図2A及び図2Bに示すように折り曲げられて、第1の半導体素子4を包んでいる。放熱部3は、図1及び図2Aに示すように、第1の半導体素子4の外側に延在している。配線パターン部2と放熱部3とは、図4A、図4Bに示すように、共通する芯材として可撓性基材11を備える。可撓性回路基板1、配線パターン部2及び放熱部3は、互いに表裏の関係にある第1の面6と第2の面7とを備えている。
第1の実施形態では、放熱部3と配線パターン部2とは電気的に接続されている必要はないが、放熱部3と配線パターン部2とは電気的に接続されていることがより好ましい。例えば、第1の半導体素子4と放熱部3とが導体(一般的には銅などの金属)を介して直接接続されていることが好ましい。このような構造とすることで、半導体装置40をより効率よく冷却することができる。
上記変形例1では、放熱部3が電気的に接続される配線パターン部2の部分は限定されないが、放熱部3が、第1の半導体素子4、ヒートシンク、ヒートスプレッダー又はプリント回路基板の一部と接続されている場合、配線パターン部2はグランドと接続するグランド配線部を有し、且つ、放熱部3はそのグランド配線部に電気的に接続されていることが好ましい。このような構造とすることで、グランドをより大きく取ることができる。そして、グランドノイズを低減させ、電気的な誤動作が起こる確率を最も低くすることができる。この結果、半導体装置40を安定して動作させることができる。
第1の実施形態では、放熱部3の導体層15の材質として銅(Cu)を用いたが、導体層15の材質はこれに限定されない。Cuの他に、例えばアルミニウム(Al)等の熱伝導率の高い材料を選択することができる。これらの材料を用いることで、半導体装置40の放熱効率を高めることができる。CuやAlは比較的安価であるため、コスト面でも好ましい。
第1の実施形態では、図3、図4A及び図4Bに示すような構成の可撓性回路基板1が用いられる例を示したが、可撓性回路基板の構造はこれに限定されない。例えば、上記可撓性回路基板1では接着層13は配線パターン部2の第1面6の一部にのみ形成されているが、図4C及び図4Dに示すような、配線パターン部2の第1の面6のほぼ全面にわたって接着層13が形成されている可撓性回路基板を用いてもよい。このような構造の可撓性回路基板は、例えば半導体ベアチップが第1の半導体素子4として直接に当該可撓性回路基板に積層される場合に特に適している。なお、図4C及び図4Dでは、外部端子8の表面を接着層13が覆っているが、この場合、例えば、第1の半導体素子4の端子上にはんだバンプを形成し、該はんだバンプを接着層13を突き破りながら外部端子8まで挿入することで、第の半導体素子4の端子と外部端子8とを電気的に接続することができる。
第1の実施形態では、半導体装置40として放熱部3の両端が第1の半導体素子4の外側に延在している形態を示したが、放熱部3が延在している箇所は両端に限定されない。このような半導体装置50,60及びその製造方法を、図7と図8とそれぞれ示す。半導体装置40においては、放熱部3が第1の半導体素子4を実装する領域18の外側に延在する部分が両端にあったのに対し、半導体装置50,60では、放熱部3が第1の半導体素子4を実装する領域18の外側に延在する部分は1箇所だけとなっている。このように、放熱部3の数は、冷却効率や利用できる空間に応じて適した数を選択することができる。
第1の実施形態では、半導体装置40として第1の半導体素子4が1つだけ実装される例を示したが、可撓性回路基板1の上に2つ以上の第1の半導体素子4が実装されても構わない。こうした実装法によれば、第1の半導体素子4として半導体ベアチップやウエハレベルパッケージ等の小型デバイスを用いる場合に、第1の半導体素子4を限られた空間内に効率よく実装できるため、小型の半導体装置を提供できる。このような半導体装置について、以下に、第2の実施形態として詳細に説明する。
次に、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置70について説明する。半導体装置70は、図9、図10A及び図10Bに示すように、可撓性回路基板1と、2つの第1の半導体素子4と、平板19と、を備える。可撓性回路基板1及び第1の半導体素子4の構造はそれぞれ第1の実施形態に係る半導体装置40に用いられているものと同様である。
半導体装置70において、第1の半導体素子4と平板19との隙間22に、空気よりも熱伝導率の高い材料を挿入し、第1の半導体素子4と平板19とを熱的に接続してもよい。このようにすることで、第1の半導体素子4から発生する熱が隙間22に挿入された材料を介して平板19に直接伝わるので、さらに冷却効率を高めることができる。隙間22に挿入される空気よりも熱伝導率の高い材料としては、放熱ゲルや導電性樹脂などが挙げられる。これらの材料として熱伝導率が大きいものを選択すれば、より放熱効率を高めることができる。
第2の実施形態では、図11(a)及び(b)に示すように貫通穴21が形成された平板19を用いる例を示したが、例えば図12に示すように第1の半導体素子4を収容できる大きさの溝20が形成された平板19を用いても構わない。特に、上記変形例8のように、平板19と第1の半導体素子4との間の隙間22に空気よりも熱伝導率の高い材料が挿入される場合、平板19は溝20が形成されたものであることが好ましい。なぜならば、平板19として溝20が形成されたものを用い、第1の半導体素子4の第2の面と平板19との間にも熱伝導材料を挿入することで、平板19として貫通穴21が形成されたものを用いる場合に比べて平板19と第1の半導体素子4との接触面積をより大きくすることができ、放熱効率をさらに高めることができるからである。この場合において、第1の半導体素子4が配置される向きは限定されないが、通常は外部端子が露出するよう、第1の面が上を向くように配置される。
第2の実施形態では、第1の半導体素子4は2つであったが、第1の半導体素子4の数はこれに限られない。また、貫通穴21又は溝20は、第1の半導体素子4と同数もうけられていればよく、2箇所に限られない。貫通穴21又は溝20が1箇所、又は3箇所以上であって、それぞれの内部に第1の半導体素子4が収容されても構わない。
次に、本発明の第3の実施形態に係る3次元実装型半導体装置80とその製造方法について説明する。3次元実装型半導体装置80は、図13、図14A及び図14Bに示すように、第2の実施形態に係る半導体装置70の上と、その上に配置された第2の半導体素子23とから構成された3次元実装型の半導体装置である。第2の半導体素子23と、半導体装置70に備えられている第3の外部端子10とは、電気的に接続されている。
第3の実施形態では、半導体装置70の上に第2の半導体素子23が積層され、電気的に接続される例を示したが、半導体装置はこれに限定されない。例えば、第2の実施形態に係る半導体装置70に代えて、第1の実施形態に係る半導体装置40が用いられてもよい。
次に、本発明の第4の実施形態に係る半導体モジュール90について説明する。図15、図16A及び図16Bに示すように、半導体モジュール90は、プリント回路基板24と、本発明の第3の実施形態に係る3次元実装型半導体装置80とを備える。3次元実装型半導体装置80は、プリント回路基板24上に配置され、プリント回路基板24上の配線と電気的に接続されている。3次元実装型半導体装置80は、先に述べたとおり、各半導体素子で発生する熱が可撓性回路基板1の第3の外部端子10を介して放熱部3に伝えられるため、効率よく冷却される。この結果、3次元実装型半導体装置80を備える半導体モジュール90は動作保証温度内に保たれやすく、誤動作が少ない。
図16Cは、半導体モジュール90の変形例である半導体モジュール100の断面図である。半導体モジュール90との違いは、3次元実装型半導体装置80の放熱部3の端部が折り曲げられてプリント回路基板24と熱的に接続されている点である。このような構造にすることにより、半導体モジュール100では、第1の半導体素子4又は第2の半導体素子23で発生した熱は放熱部3に伝えられ、さらにプリント回路基板24にも伝えられる。空冷が放熱部3だけでなくより面積の広いプリント回路基板24においても行われるため、半導体モジュール100はさらに効率良く冷却される。なお、放熱部3とプリント回路基板24との接続方法は特に限定されない。一例を挙げれば、プリント回路基板24のグランド端子(表面はCuまたはAuなど)と放熱部3の先端の導体層15とが、Sn系のはんだ又はAgを含んだ導電性接着剤などにより接続される。
次に、本発明の第5の実施形態に係る3次元実装型半導体装置110とその製造方法について説明する。図17、図18A及び図18Bに示すように、3次元実装型半導体装置110は、第3の実施形態に係る3次元半導体装置80と同じ要素から構成されている。3次元実装型半導体装置110と3次元実装型半導体装置80との違いは、図18A及び図18Bに示すように、放熱部3が折り曲げられて第2の半導体素子23の第2の面17に熱的に接続されている点である。
次に、本発明の第6の実施形態に係る3次元実装型半導体装置120について説明する。図19、図20A及び図20Bに示すように、3次元型半導体装置120では、3次元実装型半導体装置110とは異なり、第2の半導体素子23上にヒートシンク25が配置されており、放熱部3は折り曲げられて、ヒートシンク25と熱的に接続されている。このような構造にすることにより、第1の半導体素子4から発生した熱は、放熱部3を介してヒートシンク25へと伝達される。この結果、第2の半導体素子23だけでなく、第1の半導体素子4もより効率良く冷却される。
第6の実施形態では、第2の半導体素子23上にヒートシンク25が配置される例を示したが、第2の半導体素子23上に配置される部材は、ヒートシンク25に限られず、放熱部3からの熱を受け取り半導体装置の外部へと放出する機能を有するものであればよい。例えば、ヒートシンク25がヒートスプレッダーを介して第2の半導体素子23上に配置されてもよいし、第2の半導体素子23上にヒートシンク25の代わりにヒートスプレッダーのみが配置されていてもよい。また、ヒートシンク25の代わりに他の熱交換手段を第2の半導体素子25上に配置することも可能である。
第6の実施形態では、発明の理解を容易にするために1つの3次元実装型半導体装置120に対して1つのヒートシンク25が配置される例を示したが、ヒートスプレッダーやヒートシンクは1つの3次元半導体装置120に対して複数配置されてもよい。逆に、複数の3次元実装型半導体装置120に対して1つのヒートスプレッダー又はヒートシンクが組み合わせられてもよい。
次に、本発明の第7の実施形態に係る3次元実装型半導体装置130とその製造方法について説明する。3次元実装型半導体装置130は、図21A及び図21Bに示すように、第2の実施形態に係る2つの半導体装置70を、互いに長軸が90度ずれた状態で積層することで製造される。なお、ここでは上の段に配置されている半導体装置70の各部品と、下の段に配置されている半導体装置70の各部品とを区別するために新たな符号を用いて説明するが、各部品の構造は第2の実施形態に係る半導体装置70と同様である。参考のため、第2の実施形態において用いられた符号を括弧書きで併記している。
第7の実施形態では、下の段に配置されている半導体装置70の放熱部26(3)が折り曲げられた後、上の段に配置されている半導体装置70の放熱部27(3)が折り曲げられる製造工程を示したが、この順序は限定されない。各放熱部3が互いに熱的に接続されており、かつ、各半導体装置70に含まれている第1の半導体素子4から発生した熱が各放熱部3に伝えられるよう構成されていればよい。一例を挙げれば、図22A〜22Dに示すように、上の段に配置されている半導体装置70の放熱部27(3)が先に折り曲げられた後、下の段に配置されている半導体装置70の放熱部26(3)が折り曲げられてもよい。このようにして製造された3次元実装型半導体装置140も、3次元実装型半導体装置130と同様の効果を奏する。
第7の実施形態では、各半導体装置70と各放熱部3との間に、各放熱部3、上の段の半導体装置70の第1の半導体素子29(4)、及び、平板19とが直接的又は間接的に熱的に接続されることで形成された複数の放熱経路が存在するが、こうした放熱経路は各半導体装置70ついて少なくとも1つ存在すればよい。例えば、第7の実施形態では、下の段に配置されている半導体装置70の放熱部26(3)は折り曲げられて、上の段の半導体装置70に含まれている第1の半導体素子29(4)と、平板19の第2の面と、両方と接着されている例を示したが、放熱部26(3)が接着される対象はどちらか1つであってもよい。同様に、上の段の半導体装置70に含まれている放熱部27(3)が接着される対象は、上の段の半導体装置70に含まれている第1の半導体素子29(4)、平板19及び下の段に配置されている半導体装置70の放熱部26(3)のうち、放熱部26(3)を含む1つ又は2つであってもよい。これは、上述の変形例14にも適用可能である。
第7の実施形態及びその変形例14及び15では発明の理解を容易にするために第2の実施形態に係る2つの半導体装置70が積層された3次元実装型半導体装置130,140を例として示したが、用いられる半導体装置70の数は2つに限定されず、3つ以上であってもよい。この場合、各半導体装置70の放熱部3はそれぞれ折り曲げられて互いに熱的に接続される。さらに各半導体装置70の放熱部3は、最上段に配置されている半導体装置70に含まれている第1の半導体素子4若しくは平板19又はその両方と、熱的に接続される。
第7の実施形態では、第2の実施形態に係る半導体装置70を用いたが、積層される半導体装置はこれに限られない。例えば、第1の実施形態に係る半導体装置40を複数積層することで3次元実装型半導体装置を製造してもよい。あるいは、第1の実施形態に係る半導体装置40と第2の実施形態に係る半導体装置70とをそれぞれ1つ以上組み合わせて積層することで3次元実装型半導体装置を製造してもよい。これは以下に説明する実施形態においても同様である。
次に、本発明の第8の実施形態に係る3次元実装型半導体装置150について説明する。図23A〜23Eは、3次元実装型半導体装置150とその製造方法を説明するための上面図である。3次元実装型半導体装置150は、1つの半導体装置70の上に、他の1つの半導体装置70が長軸が90度ずれた状態で配置され、さらにその上にヒートシンク25が配置された構造を有する。ヒートシンク25以外の構成要素は第7の実施形態に係る3次元実装型半導体装置130と同様であり、その製造方法も同様である。まず、図23Aに示す半導体装置70の上に、図23Bに示すヒートシンク25が最上層に配置された別の半導体装置70が積層される。この後の3次元実装型半導体装置150の上面図を図23Cに示す。次に、図23Dに示すように、下の段に配置されている半導体装置70に含まれている放熱部26(3)が折り曲げられ、ヒートシンク25に接着される。続いて図23Eに示すように、上の段に配置されている半導体装置70に含まれている放熱部27(3)が折り曲げられ、下の段に配置されている半導体装置70に含まれている放熱部26(3)及びヒートシンク25と接着される。このようにして、3次元実装型半導体装置150が製造される。
第8の実施形態では、2つの半導体装置70が積層された3次元実装型半導体装置150を例として示したが、用いられる半導体装置70の数は2つに限定されず、3つ以上であってもよい。この場合、各半導体装置70の放熱部3はそれぞれ折り曲げられて互いに熱的に接続される。さらに、各半導体装置70の放熱部3は、最上段に配置されているヒートシンク25とも直接的又は間接的に、熱的に接続される。
第8の実施形態では、ヒートシンク25と各放熱部3との間に、ヒートシンク25と各放熱部3とが直接的又は間接的に熱的に接続されることで形成された複数の放熱経路が存在するが、こうした放熱経路は少なくとも1つ存在すればよい。例えば、第8の実施形態では、下の段に配置されている半導体装置70に含まれている放熱部26(3)及びヒートシンク25と接着された後、上の段に配置されている半導体装置70に含まれている放熱部27(3)が折り曲げられる例を示したが、第7の実施形態に係る3次元実装型半導体装置130の場合と同様、この順序は特に限定されない。また、上の段に配置されている半導体装置70に含まれている放熱部27(3)が接着される対象は下の段に配置されている半導体装置70に含まれている放熱部26(3)のみであってもよい。
第8の実施形態では、半導体装置70の上にヒートシンク25が配置される例を示したが、例えばヒートスプレッダーであってもよく、ヒートスプレッダーを介してヒートシンク25が配置されていてもよい。また、ヒートシンク25の代わりに他の熱交換手段が配置されてもよい。
第8の実施形態では、1つの3次元実装型半導体装置150に対して1つのヒートシンク25が配置される例を示したが、ヒートスプレッダーやヒートシンクは1つの3次元半導体装置150に対して複数配置されてもよい。逆に、複数の3次元実装型半導体装置150に対して1つのヒートスプレッダー又はヒートシンクが組み合わせられてもよい。
次に、本発明の第9の実施形態に係る3次元実装型半導体装置160とその製造方法について説明する。図24A〜24Eは、3次元実装型半導体装置160とその製造方法を説明するための上面図である。3次元実装型半導体装置160は、1つの半導体装置70の上に他の1つの半導体装置70が長軸が90度ずれた状態で配置され、さらにその上に第3の半導体素子33が配置された構造を有する。第3の半導体素子33以外の構成要素は第7の実施形態に係る3次元実装型半導体装置130と同様であり、その製造方法も同様である。まず、図24Aに示す半導体装置70の上に、図24Bに示す第3の半導体素子33が最上層に配置された別の半導体装置70が積層される。この後の3次元実装型半導体装置160の上面図を図24Cに示す。次に、図24Dに示すように、下の段に配置されている半導体装置70に含まれている放熱部26(3)が折り曲げられ、第3の半導体素子33に接着される。続いて図24Eに示すように、上の段に配置されている半導体装置70に含まれている放熱部27(3)が折り曲げられ、下の段に配置されている半導体装置70に含まれている放熱部26(3)及び第3の半導体素子33と接着される。このようにして、3次元実装型半導体装置160が製造される。
第9の実施形態では、2つの半導体装置70が積層された3次元実装型半導体装置160を例として示したが、用いられる半導体装置70の数は2つに限定されず、3つ以上であってもよい。この場合、各半導体装置70の放熱部3はそれぞれ折り曲げられて互いに熱的に接続され、かつ、第3の半導体素子33と直接的又は間接的に、熱的に接続される。
次に、本発明の第10の実施形態に係る3次元実装型半導体装置170について説明する。図25A〜25Eは、3次元実装型半導体装置170とその製造方法を説明するための上面図である。3次元実装型半導体装置170は、1つの半導体装置70の上に、他の1つの半導体装置70が長軸が90度ずれた状態で配置され、その上に第3の半導体素子33が配置され、さらにその上にヒートシンク25が配置された構造を有する。ヒートシンク25以外の構成要素は第9の実施形態に係る3次元実装型半導体装置160と同様であり、その製造方法も同様である。まず、図25Aに示すよう2つの半導体装置70の上に、図25Bに示すヒートシンク25が最上層に配置された第3の半導体素子33が積層される。この後の3次元実装型半導体装置170の上面図を図25Cに示す。次に、図25Dに示すように、下の段に配置されている半導体装置70に含まれている放熱部26(3)が折り曲げられ、ヒートシンク25に接着される。続いて図25Eに示すように、上の段に配置されている半導体装置70に含まれている放熱部27(3)が折り曲げられ、下の段に配置されている半導体装置70に含まれている放熱部26(3)及びヒートシンク25と接着される。このようにして、3次元実装型半導体装置170が製造される。
第10の実施形態では、2つの半導体装置70が積層された3次元実装型半導体装置170を例として示したが、用いられる半導体装置70の数は2つに限定されず、3つ以上であってもよい。この場合、各半導体装置70の放熱部3はそれぞれ折り曲げられて互いに熱的に接続される。さらに、各半導体装置70の放熱部3は、最上段に配置されているヒートシンク25とも直接的又は間接的に、熱的に接続される。
第10の実施形態では、ヒートシンク25と各放熱部3との間に、ヒートシンク25と各放熱部3とが直接的又は間接的に熱的に接続されることで形成された複数の放熱経路が存在するが、こうした放熱経路は少なくとも1つ存在すればよい。例えば、第10の実施形態では、下の段に配置されている半導体装置70に含まれている放熱部26(3)が折り曲げられてヒートシンク25と接着された後、上の段に配置されている半導体装置70に含まれている放熱部27(3)が折り曲げられる例を示したが、この順序は限定されない。また、放熱部27(3)が接着される対象は、下の段に配置されている半導体装置70に含まれている放熱部26(3)のみであってもよい。
第10の実施形態では、半導体装置70の上にヒートシンク25が配置される例を示したが、例えばヒートスプレッダーであってもよく、又はヒートスプレッダーを介してヒートシンク25が配置されていてもよい。また、ヒートシンク25の代わりに他の熱交換手段を配置することも可能である。
第10の実施形態では、1つの3次元実装型半導体装置170に対して1つのヒートシンク25が配置される例を示したが、ヒートスプレッダーやヒートシンクは1つの3次元半導体装置170に対して複数配置されてもよい。逆に、複数の3次元実装型半導体装置170に対して1つのヒートスプレッダーやヒートシンクが組み合わせられてもよい。
次に、本発明の第11の実施形態に係る半導体モジュール180について説明する。半導体モジュール180は、図26、図27A及び図27Bに示すように、第6の実施形態に係る3次元実装型半導体装置120が、プリント回路基板24に実装されたものである。
第11の実施形態では、プリント回路基板24に3次元実装型半導体装置120が実装された半導体モジュール180を例として示したが、実装される半導体装置はこれに限られない。本発明に係る半導体装置のいずれを用いた場合でも同様に、過熱による誤動作を起こしにくい高性能な半導体モジュールを得ることができる。特に、複数の半導体装置が積層された3次元実装型半導体装置を用いれば、半導体モジュールの小型化も同時に実現できる。
2 配線パターン部
3 放熱部
4 第1の半導体素子
5 はんだボール
6 可撓性回路基板の第1の面
7 可撓性回路基板の第2の面
8 第1の外部端子
9 第2の外部端子
10 第3の外部端子
11 可撓性基材
12 絶縁層
13 接着層
14 ビア
15 導体層
16 本発明の半導体装置
17 半導体素子の第2の面
18 半導体素子が実装される領域
19 平板
20 溝
21 貫通穴
22 隙間
23 第2の半導体素子
24 プリント回路基板
25 ヒートシンク
26 下の段に配置されている半導体装置に含まれる放熱部
27 上の段に配置されている半導体装置に含まれる放熱部
28 上の段に配置されている半導体装置に含まれている可撓性回路基板の配線パターン部
29 上の段に配置されている半導体装置に含まれている半導体素子
30 上の段に配置されている半導体装置に含まれている平板
33 第3の半導体素子
101 半導体ベアチップ
102 フレキシブル回路基板(可撓性回路基板)
103 上面
104 下面
105 従来の半導体装置(その1)の単体構造
106 従来の3次元実装型半導体装置(その1)
107 外部端子
201 フレーム
202 貫通穴
203 半導体ベアチップ
204 フレキシブル回路基板(可撓性回路基板)
40,50,60,70 半導体装置
80,110,120,130,140,150,160,170 3次元実装型半導体装置
90,100,180 半導体モジュール
Claims (10)
- 互いに表裏の関係にある第1の面と第2の面とを有しその第1の面には外部端子が備えられている1つ以上の第1の半導体素子と、
互いに表裏の関係にある第1の面と第2の面とにそれぞれ導体層が形成されている放熱部と、互いに表裏の関係にある第1の面と第2の面とにそれぞれ配線パターンが形成されている配線パターン部と、を備え、前記放熱部の第1の面と第2の面上の前記導体層はビアを介して互いに接続されており、前記配線パターン部の第1の面には第1の外部端子が備えられており、前記配線パターン部の第2の面には第2の外部端子及び第3の外部端子が備えられている1つの可撓性回路基板と、
を含み、
前記第1の半導体素子に備えられている前記外部端子と前記可撓性回路基板に備えられている前記第1の外部端子とは電気的に接続されており、
前記可撓性回路基板は、前記配線パターン部が前記第1の半導体素子の少なくとも一部分を包むように、折り曲げられて前記第1の半導体素子の第2の面に接着されており、
前記第2の外部端子は前記第1の半導体素子の第1の面上方に配置されており、
前記第3の外部端子は前記第1の半導体素子の第2の面上方に配置されている、
ことを特徴とする半導体装置。 - 互いに表裏の関係にある第1の面と第2の面とを有しその第1の面には外部端子が備えられている1つ以上の第1の半導体素子と、
互いに表裏の関係にある第1の面と第2の面とを有し、貫通穴又はその第1の面に形成された溝を有する平板と、
互いに表裏の関係にある第1の面と第2の面とにそれぞれ導体層が形成されている放熱部と、互いに表裏の関係にある第1の面と第2の面とにそれぞれ配線パターンが形成されている配線パターン部と、を備え、前記放熱部の第1の面と第2の面上の前記導体層はビアを介して互いに接続されており、前記配線パターン部の第1の面には第1の外部端子が備えられており、前記配線パターン部の第2の面には第2の外部端子及び第3の外部端子が備えられている1つの可撓性回路基板と、
を含み、
前記第1の半導体素子に備えられている前記外部端子と前記可撓性回路基板に備えられている前記第1の外部端子とは電気的に接続されており、
前記貫通穴又は前記溝は前記第1の半導体素子を収容できる大きさを有しその内側には前記第1の半導体素子が収容されており、
前記可撓性回路基板は、前記配線パターン部が前記平板の少なくとも一部分を包むように、折り曲げられて前記平板の第2の面に接着されており、
前記平板の第1の面は前記可撓性回路基板の第1の面に接着されており、
前記第2の外部端子は、前記平板及び前記第1の半導体素子のうち少なくとも一方の第1の面上方に配置されており、
前記第3の外部端子は、前記平板及び前記第1の半導体素子のうち少なくとも一方の第2の面上方に配置されている、
ことを特徴とする半導体装置。 - 前記放熱部は前記平板又は前記第1の半導体素子の一端から外側に延在している、請求項1又は2に記載の半導体装置。
- 請求項1から3のいずれか1項に記載の半導体装置と、
互いに表裏の関係にある第1の面と第2の面とを有しその第1の面には外部端子が備えられている1つ以上の第2の半導体素子と、
を含み、
前記第2の半導体素子は前記半導体装置の前記第3の外部端子が配置されている面に積層されており、
前記第3の外部端子と前記第2の半導体素子に備えられている前記外部端子とは電気的に接続されている、
ことを特徴とする3次元実装型半導体装置。 - 請求項1から3のいずれか1項に記載の半導体装置を複数備え、
各前記半導体装置の前記第2の外部端子が配置されている面と、該半導体装置に隣接する他の前記半導体装置の前記第3の外部端子が配置されている面と、が互いに対向するように、複数の前記半導体装置は積層され、且つ、各前記半導体装置の前記第2の外部端子と該半導体装置に隣接する前記他の前記半導体装置の前記第3の外部端子とは電気的に接続されており、
各前記半導体装置に含まれている前記放熱部はそれぞれ折り曲げられて互いに熱的に接続されており、且つ、前記第2の外部端子が配置されている面を下と定義した場合において最上層に積層されている前記半導体装置に含まれている前記第1の半導体素子の第2の面、前記平板の第2の面又はその両方と熱的に接続されている、
ことを特徴とする3次元実装型半導体装置。 - 請求項1から3のいずれか1項に記載の半導体装置又は請求項4若しくは5に記載の3次元実装型半導体装置と、
プリント回路基板と、を備え、
前記半導体装置又は前記3次元実装型半導体装置は前記プリント回路基板上に配置され前記プリント回路基板と電気的に接続されている、
ことを特徴とする半導体モジュール。 - 請求項1から3のいずれか1項に記載の半導体装置、請求項4若しくは5に記載の3次元実装型半導体装置、又は、請求項6に記載の半導体モジュールを備える電子機器。
- (a)互いに表裏の関係にある第1の面と第2の面とを有しその第1の面には外部端子が備えられている1つ以上の第1の半導体素子の前記外部端子と、(b)互いに表裏の関係にある第1の面と第2の面とにそれぞれ導体層が形成されている放熱部と、互いに表裏の関係にある第1の面と第2の面とにそれぞれ配線パターンが形成されている配線パターン部と、を備え、前記放熱部の第1の面と第2の面上の前記導体層はビアを介して互いに接続されており、前記配線パターン部の第1の面には第1の外部端子が備えられており、前記配線パターン部の第2の面には第2の外部端子及び第3の外部端子が備えられている1つの可撓性回路基板の前記第1の外部端子と、を電気的に接続する工程と、
前記配線パターン部が前記第1の半導体素子の少なくとも一部分を包むように前記可撓性回路基板を折り曲げて前記第1の半導体素子の第2の面に接着し、前記第2の外部端子を前記第1の半導体素子の第1の面上方に、前記第3の外部端子を前記第1の半導体素子の第2の面上方に、それぞれ配置する工程と、
前記放熱部を前記第1の半導体素子の一端から外側に延在させる工程と、
を含むことを特徴とする、半導体装置の製造方法。 - (a)互いに表裏の関係にある第1の面と第2の面を有しその第1の面には外部端子が備えられている1つ以上の第1の半導体素子の前記外部端子と、(b)互いに表裏の関係にある第1の面と第2の面とにそれぞれ導体層が形成されている放熱部と、互いに表裏の関係にある第1の面と第2の面とにそれぞれ配線パターンが形成されている配線パターン部と、を備え、前記放熱部の第1の面と第2の面上の前記導体層はビアを介して互いに接続されており、前記配線パターン部の第1の面には第1の外部端子が備えられており、前記配線パターン部の第2の面には第2の外部端子及び第3の外部端子が備えられている1つの可撓性回路基板の前記第1の外部端子と、を電気的に接続する工程と、
互いに表裏の関係にある第1の面と第2の面とを有し、前記第1の半導体素子を収容できる大きさの貫通穴又はその第1の面に形成された溝を有する平板と、前記可撓性回路基板の第1の面と、を接着する工程と、
前記貫通穴又は前記溝の内側に前記第1の半導体素子を収容する工程と、
前記配線パターン部を前記平板の少なくとも一部分を包むように折り曲げて前記平板の第2の面の少なくとも一部分に接着し、前記第2の外部端子を前記平板の第1の面側に、前記第3の外部端子を前記平板の第2の面側に、それぞれ配置する工程と、
前記放熱部を前記平板の一端から外側に延在させる工程と、
を含むことを特徴とする、半導体装置の製造方法。 - 請求項1から3のいずれか1項に記載の複数の半導体装置を、各前記半導体装置の前記第2の外部端子が配置されている面と、該半導体装置に隣接する他の前記半導体装置の前記第3の外部端子が配置されている面と、が互いに対向するように、複数積層する工程と、
積層された複数の前記半導体装置を互いに電気的に接続する工程と、
各前記半導体装置に含まれている前記放熱部をそれぞれ折り曲げて互いに熱的に接続する工程と、
各前記半導体装置に含まれている前記放熱部を折り曲げて、前記第2の外部端子が配置されている面を下と定義した場合において最上層に積層されている半導体装置に含まれている第1の半導体素子の第2の面、平板の第2の面又はその両方と熱的に接続する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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