JP7192573B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

本発明は、負荷モジュールと電源モジュールとを備えた半導体装置に関する。

特開２０１１－２３８９７４号公報には、基板（３Ａ）の一方側の面に電力の供給元となる電源素子（４６）を備え、基板（３Ａ）の他方側の面にその電力を消費する負荷素子（５０）とを備えた構成が示されている（背景技術において括弧内の符号は参照する文献のもの。）。この構成では、基板（３Ａ）に直交する方向に見て、電源素子（４６）と負荷素子（５０）とは重複せず、電源素子（４６）が接続される出力側パターン（４４）と負荷素子（５０）とが重複している。

特開２０１１－２３８９７４号公報

このような構成の場合、基板の面積が広くなる傾向があるため、基板に直交する方向に見て電源素子と負荷素子とが重複するように配置することが考えられる。この場合、電源素子から負荷素子には、スルーホールビア（Through Hole Via）などの基板を貫通する配線が形成される。そして、このようなスルーホールビアが形成された場合には、両素子が重複する基板面において配線を引き出すことができない端子が生じる場合がある。ここで、例えば、スルーホールビアのように基板を貫通する配線ではなく、インターステーシャルビア（Interstitial Via Hole）のように基板を貫通しない配線を用いることも考えられる。しかし、インターステーシャルビアを用いるためには、ビルドアップ基板を採用する必要があるなど、コストを上昇させる可能性がある。

上記背景に鑑みて、基板に負荷となる部品と電力を供給する部品とを実装する場合に、それぞれの部品の端子からの配線の引き出しを妨げることなく、基板のコストの上昇を抑制する技術の提供が望まれる。

上記に鑑みた半導体装置は、１つの態様として、主基板と、前記主基板の第１面に実装された負荷モジュールと、前記主基板の前記第１面とは反対側の第２面に実装された電源モジュールと、を備えた半導体装置であって、前記負荷モジュール及び前記電源モジュールは、前記主基板に直交する方向に見た平面視で矩形状であると共に、それぞれ前記主基板に対向する対向面の側に矩形環状の３周以上の接続端子が配置され、前記負荷モジュールの４つの角部の内の１つの角部を第１対象角部とし、前記電源モジュールの４つの角部の内の１つの角部を第２対象角部とし、前記負荷モジュールの４つの角部の内、前記第１対象角部とは異なる３つの角部を第１非対象角部とし、前記電源モジュールの４つの角部の内、前記第２対象角部とは異なる３つの角部を第２非対象角部として、前記第１対象角部が前記電源モジュールと前記平面視で重複すると共に前記第１非対象角部が前記電源モジュールと前記平面視で重複せず、前記第２対象角部が前記負荷モジュールと前記平面視で重複すると共に前記第２非対象角部が前記負荷モジュールと前記平面視で重複しないように、前記負荷モジュールと前記電源モジュールとが前記主基板に配置され、前記電源モジュールから前記負荷モジュールに供給される２種類の電力の内の一方の電力が、前記負荷モジュールと前記電源モジュールとが前記平面視で重複する重複領域において前記主基板に形成されたスルーホールを介して供給されている。

本構成によれば、例えば負荷モジュールと電源モジュールとの何れか一方における１つの辺の全体が平面視で他方に重複するように、負荷モジュールと電源モジュールとが主基板に配置される場合に比べて、重複領域を適切な大きさに抑えることができる。重複領域では、主基板の両側の面にモジュールの接続端子が存在するため、スルーホールを介して配線を重複領域の外へ引き出すことは困難である。このため、重複領域を設けた場合には、配線が困難な接続端子、或いは配線が不可能な接続端子を生じさせる。しかし、重複領域の大きさを適切な大きさに抑えることで、このような接続端子の数を抑制することができる。このように、本構成によれば、適切に重複領域を設けることで、電力を伝送するための配線の幅が確保し易くすることができると共に、重複領域にスルーホールを設けて第２面から第１面に電力を伝送しても接続が困難或いは不可能な接続端子の数を抑制することができる。即ち、本構成によれば、基板に負荷となる部品と電力を供給する部品とを実装する場合に、それぞれの部品の端子からの配線の引き出しを妨げることなく、基板のコストの上昇を抑制することができる。

半導体装置のさらなる特徴と利点は、図面を参照して説明する実施形態についての以下の記載から明確となる。

半導体装置の模式的分解斜視図 負荷モジュールの部品配置図 負荷モジュールの端子配置の一例を示すＶ方向視の透視図 電源モジュールの端子配置の一例を示すＶ方向視の平面図 主基板第２面から主基板第１面への電力配線を模式的に示す断面図 主基板第１面のランド及び配線パターンの一例を示すＶ方向視の平面図 主基板第２面のランド及び配線パターンの一例を示すＶ方向視の透視図 負荷モジュールと電源モジュールとの配置関係の一例を示す図 負荷モジュールと電源モジュールとの配置関係の一例を示す図 負荷モジュールと電源モジュールとの配置関係の一例を示す図 比較例の負荷モジュールの端子配置を示すＶ方向視の透視図 比較例の電源モジュールの端子配置を示すＶ方向視の平面図 比較例の主基板第１面のランド及び配線パターンを示すＶ方向視の平面図 比較例の主基板第２面のランド及び配線パターンを示すＶ方向視の透視図

以下、半導体装置の実施形態を図面に基づいて説明する。図１の模式的分解斜視図に示すように、半導体装置１０は、主基板５と、負荷モジュール１とを備えて構成されている。主基板５には、少なくとも負荷モジュール１と電源モジュール６とが実装されている。負荷モジュール１は、主基板５の一方側の面である主基板第１面５ａの負荷モジュール実装領域Ｒ１に実装され、電源モジュール６は、主基板第１面５ａの反対側の主基板第２面５ｂの電源モジュール実装領域Ｒ６に実装されている。以後、図１において矢印“Ｖ”で示す方向を主基板５に直交する方向とし、主基板第１面５ａの側からの主基板５に直交する方向視を「Ｖ方向視」と称して説明する。

負荷モジュール１は、システムＬＳＩ２（主半導体素子）と、システムＬＳＩ２と協働するメモリ３と、システムＬＳＩ２及びメモリ３が実装されたモジュール基板４とを備えた半導体モジュールである。本実施形態では、図２の部品配置図に示すように、モジュール基板第１面４ａには、システムＬＳＩ２としてのＳｏＣ（System on a Chip）と、メモリ３としての２つのＳＤＲＡＭ（Synchronous Dynamic Random Access Memory）が実装されている。ＳＤＲＡＭは、例えば、ＤＤＲ３（Double Data Rate3）ＳＤＲＡＭ、ＤＤＲ４（Double Data Rate4）ＳＤＲＡＭ等であると好適である。

システムＬＳＩ２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）コア、ＧＰＵ（Graphic Processing Unit）コア、オーディオ信号処理や画像処理を行うＤＳＰ（Digital Signal Processor）などの複数の演算ユニットを備えている。これらの演算ユニットは、それぞれの演算を実行する際にメモリ３と協働する。つまり、負荷モジュール１は、システムＬＳＩ２と、システムＬＳＩと協働するメモリ３と、これらが実装されたモジュール基板４とを備えたマルチチップモジュールとして構成されている。

ここでは、システムＬＳＩ２としてＳｏＣを例示しているが、ＳｉＰ（System in a Package）であってもよい。また、ＳｏＣには、セミカスタムＬＳＩのＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、汎用ＬＳＩのＡＳＳＰ（Application Specific Standard Processor）等も含む。また、ＡＳＩＣは、ゲートアレイやセルベースＩＣ（スタンダードセル）に限らず、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＰＬＡ（Programmable Logic Array）などのＰＬＤ（Programmable Logic Device）も含む。

また、電源モジュール６は、単一の電源ＩＣ（ＰＩＣ：Power IC）であってもいいが、負荷モジュール１と同様に、複数の電源ＩＣを備えた構成、或いは、単一の電源ＩＣと周辺回路等を備えた構成のマルチチップモジュールであってもよい。電源モジュール６がマルチチップモジュールの場合、素子は電源モジュール第１面６ａの側に配置される。

負荷モジュール１及び電源モジュール６は、共に主基板５に直交する方向に見た平面視（Ｖ方向視）で矩形状である。また、図３及び図４に示すように、負荷モジュール１及び電源モジュール６には、それぞれ主基板５に対向する対向面（モジュール基板第２面４ｂ，電源モジュール第２面６ｂ）の側に矩形環状の３周以上の接続端子Ｔが配置されている。ここで、矩形環状とは、内側に空白部分のない環状形状も含む。例えば、図４に示すように、電源モジュール６は、４周の矩形環状の接続端子Ｔを備え、最も内側の矩形環は、内側に空白部分を有することなく４つの接続端子Ｔで形成されている。また、図３に示すように、負荷モジュール１は、大きく２グループの矩形環状端子群を有しており、２つの矩形環状端子群の間には１周分以上の空白が形成されている（図３では１周分の空白が形成されている。）。外側の矩形環状端子群は、内側に空白部分を有して３周の矩形環状の接続端子Ｔによって形成され、内側の矩形環状端子群は、内側に空白部分を有することなく３周の接続端子Ｔで形成されている。尚、本実施形態において、負荷モジュール１及び電源モジュール６は、共にＢＧＡ（Ball Grid Array）タイプであり、接続端子Ｔは、図５に示すように半球状の端子である。

ここで、図３に示すように、負荷モジュール１の４つの角部の内の１つの角部を第１対象角部ＴＥ１とし、負荷モジュール１の４つの角部の内、第１対象角部ＴＥ１とは異なる３つの角部を第１非対象角部ＮＥ１とする。また、図４に示すように、電源モジュール６の４つの角部の内の１つの角部を第２対象角部ＴＥ２とし、電源モジュール６の４つの角部の内、第２対象角部ＴＥ２とは異なる３つの角部を第２非対象角部ＮＥ２とする。図５に示すように、より詳しくは図６から図１０に示すように、負荷モジュール１と電源モジュール６とは、第１対象角部ＴＥ１が電源モジュール６と平面視（Ｖ方向視）で重複すると共に第１非対象角部ＮＥ１が電源モジュール６と平面視で重複せず、第２対象角部ＴＥ２が負荷モジュール１と平面視で重複すると共に第２非対象角部ＮＥ２が負荷モジュール１と平面視で重複しないように、主基板５に配置されている。ここで、負荷モジュール１と電源モジュール６とが平面視で重複する領域“Ｒ”を重複領域ＲＬと称する。

上述したように、システムＬＳＩ２は複数の演算ユニットを備えており、システムＬＳＩ２を含む負荷モジュール１も複数の演算ユニットを備えている。演算ユニットは、それぞれの電気的特性に応じた電力を供給されて動作する。ここで「電力」とは、「電圧」及び「電流」を含み、理想的には安定した「電圧」で負荷によって大きく変動しない「電流」を与えることが可能な「電源（電源回路）」から供給されるものである。

例えば、ＣＰＵコア、ＧＰＵコア、ＤＳＰは、定格電圧１．０［Ｖ］の電力を供給されて動作し、メモリ３、メモリインターフェースは、定格電圧１．５［Ｖ］や１．３５［Ｖ］の電力を供給されて動作する。周辺回路と接続されるシステムＬＳＩ２の信号入出力端子は、例えばシステムＬＳＩ２の内部でＩ／Ｏパッドに接続されており、このＩ／Ｏパッドに供給される電力の定格電圧は３．３［Ｖ］や１．８［Ｖ］である。また、定格電圧が同一の演算ブロックやＩ／Ｏパッドなどの機能ブロックであっても、合計の消費電力が多い場合には電源回路の負荷も考慮すると別の電力として供給されることが望ましい場合がある。また、定格電圧が同じ機能ブロックであっても、ある機能ブロックの動作によって生じる電源ノイズが、別の機能ブロックへ影響することを抑制するために、複数のそれぞれ別の電力によって動作する方が好ましい場合もある。このように、負荷モジュール１には、複数種類の電力が供給される場合があり、本実施形態においても、少なくとも２種類の電力が電源モジュール６から供給される。

図５及び図７に示すように、電源モジュール６の電源出力端子ＴＯは重複領域ＲＬに配置されている。具体的には、電源モジュール６から供給される電力の内の１つである第１電力を出力する第１電源出力端子ＴＯ１と、第１電力とは異なる第２電力を出力する第２電源出力端子ＴＯ２とは、共に重複領域ＲＬに配置されている。本実施形態では、第１電源出力端子ＴＯ１及び第２電源出力端子ＴＯ２は、図４に示すように複数本設けられ、図７に示すように主基板５に実装された状態でその全てが重複領域ＲＬと重複する。但し、第１電源出力端子ＴＯ１及び第２電源出力端子ＴＯ２の全てが、重複領域ＲＬに配置されていなくてもよい。

図４に示すように、本実施形態では、第１電源出力端子ＴＯ１は、矩形環状の最外周において、第２対象角部ＴＥ２を形成する２つの辺に沿って４本ずつ、合計７本割り当てられている（角部の１本は両辺で重複）。第２電源出力端子ＴＯ２は、矩形環状の最外周よりも内側に、第２対象角部ＴＥ２から扇状（デルタ状）に複数本（ここでは１１本）、割り当てられている。

また、図５及び図６に示すように、負荷モジュール１の電源入力端子ＴＩもその少なくとも一部が重複領域ＲＬに配置されている。具体的には、第１電力が供給される第１電源入力端子ＴＩ１及び第２電力が供給される第２電源入力端子ＴＩ２の少なくとも一部が重複領域ＲＬに配置されている。図５には、第２電源入力端子ＴＩ２が重複領域ＲＬに配置されている形態を例示している。重複領域ＲＬは、第１対象角部ＴＥ１を含む領域に形成されており、負荷モジュール１の電源入力端子（第１電源入力端子ＴＩ１，第２電源入力端子ＴＩ２）は、第１対象角部ＴＥ１を含む領域に配置されている。

図３に示すように、第１電源入力端子ＴＩ１は、３周の矩形環状の接続端子Ｔで形成された内側の矩形環状端子群の内の中央部の２０本に割り当てられている。第２電源入力端子ＴＩ２は、３周の矩形環状の接続端子Ｔで形成された外側の矩形環状端子群の内の第１対象角部ＴＥ１から扇状（デルタ状）に複数本（ここでは１７本）と、内側の矩形環状端子群の内の第１対象角部ＴＥ１の側の角部を含む２つの辺に沿って６本ずつの合計１１本（角部の１本は両辺で重複）と、第１対象角部ＴＥ１の側の角部とは反対側の角部の側の３本との合計３１本に割り当てられている。

図６は、主基板第１面５ａのランドＬ及び配線（ＷＳ，Ｗ，ＴＨ）のパターンの一例を示すＶ方向視の平面図である。また、図７は、主基板第２面５ｂのランドＬ及び配線（ＷＳ，Ｗ，ＴＨ，Ｊ）のパターンの一例を示すＶ方向視の透視図である。上述したように、電源モジュール６は、少なくとも２種類の電力を負荷モジュール１に供給する。電源モジュール６から負荷モジュール１に供給される２種類の電力の内、消費電流が大きい方の電力を第１電力とし、消費電流が小さい方の電力を第２電力とする。そして、主基板５において第１電力を伝達する配線（電力配線Ｗ）を第１電力配線Ｗ１とし、第２電力を伝達する配線（電力配線Ｗ）を第２電力配線Ｗ２とする。

図７に示すように、主基板第２面５ｂにおける重複領域ＲＬには、第１電源出力端子ＴＯ１が接続されるランドＬである第１電源出力端子接続ランドＬ６１が形成されている。また、主基板第２面５ｂには、第１電源出力端子接続ランドＬ６１を含み、或いは第１電源出力端子接続ランドＬ６１と電気的に接続されて、第１電力を伝達する第１電力配線Ｗ１が形成されている。第１電力配線Ｗ１は、第１対象角部ＴＥ１を通る負荷モジュール１の対角線の方向である第１対角線方向Ｄ１（＝第２対角線方向Ｄ６）に沿って形成されている（図８参照）。上述したように、第１電源入力端子ＴＩ１は、負荷モジュール１の内側の矩形環状端子群の内の中央部の２０本に割り当てられている。また、第１電源出力端子ＴＯ１は、第２対象角部ＴＥ２を含む矩形環状の最外周に割り当てられている。第１電力配線Ｗ１は、主基板第２面５ｂにおいて、第１電源入力端子ＴＩ１（負荷モジュール１の内側の矩形環状端子群）をＶ方向視で重複する領域と、第１電源出力端子ＴＯ１とを結ぶように形成されている。第１電源出力端子ＴＯ１は、重複領域ＲＬにおける第１電力配線Ｗ１に、全ての第１電源出力端子ＴＯ１がＶ方向視で重複するように配置されている。

図６に示すように、主基板第１面５ａには、負荷モジュール１の接続端子Ｔが接続されるランドＬが形成されている。第１電源入力端子ＴＩ１が接続されるランドＬである第１電源入力端子接続ランドＬ１１は、Ｖ方向視で第１電力配線Ｗ１と重複する位置に形成されている。そして、第１電源入力端子接続ランドＬ１１には、スルーホールＴＨ（第１スルーホールＴＨ１）が形成され、第１電源入力端子接続ランドＬ１１と第１電力配線Ｗ１とが電気的に接続されている。このようにして、主基板第２面５ｂの側に接続される第１電源出力端子ＴＯ１と、主基板第１面５ａの側に接続される第１電源入力端子ＴＩ１とが、第１電力配線Ｗ１及び第１スルーホールＴＨ１を介して電気的に接続されている（図５参照）。

図７に示すように、主基板第２面５ｂにおける重複領域ＲＬには、第２電源出力端子ＴＯ２が接続されるランドＬである第２電源出力端子接続ランドＬ６２も形成されている。第２電源出力端子接続ランドＬ６２と電気的に接続されて、第２電力を伝達する第２電力配線Ｗ２は、主基板第１面５ａに形成されている（図６参照）。第１電力配線Ｗ１とは異なり、主基板第２面５ｂには、負荷モジュール１へ向けて、例えば第１対角線方向Ｄ１に沿って延びる第２電力配線Ｗ２は形成されていない。その代わりに、主基板５における重複領域ＲＬには、複数の第２スルーホールＴＨ２が形成され、それぞれの第２スルーホールＴＨ２は、主基板第２面５ｂにおいて第２電源出力端子接続ランドＬ６２とジャンパ配線Ｊを介して接続されている。また、それぞれの第２スルーホールＴＨ２は、主基板第１面５ａにおいて、第２電力配線Ｗ２と電気的に接続されている。

第２電力配線Ｗ２は、第１電力配線Ｗ１と同様に、第１対角線方向Ｄ１（図８参照）に沿って形成されている。上述したように、第２電源入力端子ＴＩ２は、３周の矩形環状の接続端子Ｔで形成された外側の矩形環状端子群の内の第１対象角部ＴＥ１から扇状（デルタ状）に複数本（ここでは１７本）と、内側の矩形環状端子群の内の第１対象角部ＴＥ１の側の角部を挟む外周側の２辺の複数本（ここでは１１本）と、第１対象角部ＴＥ１の側の角部とは反対側の角部の側の複数本（ここでは３本）との合計３１本に割り当てられている。第２電力配線Ｗ２は、主基板第１面５ａにおいて、負荷モジュール１の内側の矩形環状端子群が接続されるランドＬを全て含む矩形状の領域と、負荷モジュール１の外側の矩形環状端子群の内の第１対象角部ＴＥ１から扇状（デルタ状）の複数本（ここでは１７本）の第２電源入力端子ＴＩ２が接続されるランドＬである第２電源入力端子接続ランドＬ１２を全て含む領域とを結んで、第１対角線方向Ｄ１に沿って形成されている。

負荷モジュール１の内側の矩形環状端子群が接続される３６個のランドＬには、１４本の第２電源入力端子ＴＩ２が接続される１４個の第２電源入力端子接続ランドＬ１２の他、２０本の第１電源入力端子ＴＩ１が接続される２０個の第１電源入力端子接続ランドＬ１１と、その他の２本の接続端子Ｔが接続される２個のランドＬとがある。第２電力配線Ｗ２は、主基板第１面５ａにおいて、第２電源入力端子ＴＩ２が接続される１４個の第２電源入力端子接続ランドＬ１２と電気的に接続されている。その他の２２個のランドＬと、第２電力配線Ｗ２との間には、絶縁領域Ｚが形成されている。つまり、例えば第１電力配線Ｗ１（第１電源入力端子接続ランドＬ１１）と、第２電力配線Ｗ２とが短絡することがないように形成されている。

このように、電源モジュール６から負荷モジュール１に供給される２種類の電力の内の少なくとも一方の電力である第２電力は、負荷モジュール１と電源モジュール６とがＶ方向視で重複する重複領域ＲＬにおいて主基板５に形成されたスルーホールＴＨ（第２スルーホールＴＨ２）を介して供給されている。本実施形態では、第２電力が、重複領域ＲＬにおいて主基板５に形成された第２スルーホールＴＨ２を介して供給されている形態を例示したが、第１スルーホールＴＨ１が重複領域ＲＬにおいて主基板５に形成されて、第１電力を伝達する形態であってもよい。

但し、図４に示すように、第１電源出力端子ＴＯ１は、電源モジュール６の最外周を含む外周側の接続端子Ｔに割り当てられている。このように第１電源出力端子ＴＯ１を、矩形環状の最外周において第２対象角部ＴＥ２を形成する２つの辺に沿って割り当てた場合には、第１電力配線Ｗ１が負荷モジュール１へ延在する方向（ここでは第１対角線方向Ｄ１）に直交する方向における第１電力配線Ｗ１の配線幅（第１電力配線幅ＷＤ１）を、当該直交する方向（第１対角線方向Ｄ１に直交する方向）における第１電源出力端子ＴＯ１の配列幅に相当する幅まで広げることができる。上述したように、本実施形態では、電源モジュール６から負荷モジュール１に供給される２種類の電力の内、消費電流が大きい方の電力が第１電力である。従って、第２電力配線Ｗ２の配線幅に比べて、第１電力配線Ｗ１の配線幅（第１電力配線幅ＷＤ１）方が広いことが好ましい。負荷モジュール１の接続端子Ｔが接続されるランドＬが設けられない主基板第２面５ｂでは、このように幅の広い第１電力配線Ｗ１を短い配線距離で設け易く、電力配線Ｗのインピーダンス（特にインダクタンス）を低減することができる。

尚、第１電力配線幅ＷＤ１は、第１電力の消費電流に応じて設定されると好適である。そして、例えば電源モジュール６が、マルチチップモジュールの場合には、電源モジュール６の接続端子Ｔもユーザー側で割り当てることができる。例えば、第１電力の消費電流に応じて設定された第１電力配線幅ＷＤ１を有する第１電力配線Ｗ１に、重複領域ＲＬにおいて全ての第１電源出力端子ＴＯ１がＶ方向視で重複するように、第１電源出力端子ＴＯ１が割り当てられると好適である。

上述したように、本実施形態では、電源モジュール６から負荷モジュール１に供給される２種類の電力をそれぞれ伝達する電力配線Ｗ（第１電力配線Ｗ１、第２電力配線Ｗ２）は、それぞれ主基板５において異なる配線層（主基板第１面５ａ、主基板第２面５ｂ）に設けられる。これにより、第１電力配線Ｗ１及び第２電力配線Ｗ２の双方を比較的短い距離で形成することができる。つまり、第１電力配線Ｗ１及び第２電力配線Ｗ２の双方のインピーダンス（特にインダクタンス）を低減することができる。

ところで、図示は省略するが、負荷モジュール１に搭載されるシステムＬＳＩ２（主半導体素子）のチップ端子は、システムＬＳＩ２がＱＦＰ（Quad Flat Gull Wing Leaded Package）タイプの場合には、パッケージの周囲に設けられ、システムＬＳＩ２がＢＧＡ（Ball Grid Array）タイプの場合には、パッケージの下部（モジュール基板第１面４ａと対向する面）に設けられている。チップ端子は、信号入出力端子と電源端子とを含むが、電源端子は、モジュール基板４内で少なくとも第１電源入力端子ＴＩ１と接続される。システムＬＳＩ２が複数種類の電源端子を有する場合、素子第１電源入力端子２Ｔ（図２参照）が第１電源入力端子ＴＩ１と接続される。

図１及び図２に示すように、主半導体素子としてのシステムＬＳＩ２は、モジュール基板４の中央ではなく、矩形状のモジュール基板４の４つの角部の内の１つの側に寄って配置されている。負荷モジュール１の第１対象角部ＴＥ１は、４つの角部の内、Ｖ方向視において素子第１電源入力端子２Ｔに最も近い角部であると好適である。尚、図２には、Ｖ方向視でシステムＬＳＩ２のほぼ中央に素子第１電源入力端子２Ｔが配置され、Ｖ方向視でモジュール基板４の中央から何れかの角部に寄った位置にシステムＬＳＩ２が配置されている場合を例示している。しかし、Ｖ方向視でモジュール基板４の中央にシステムＬＳＩ２が配置され、素子第１電源入力端子２ＴがＶ方向視でシステムＬＳＩ２の中央から何れかの角部に寄った位置に配置されている場合に、負荷モジュール１の４つの角部の内でＶ方向視において素子第１電源入力端子２Ｔに最も近い角部を第１対象角部ＴＥ１としてもよい。

図６から図８に示すように、本実施形態では、負荷モジュール１及び電源モジュール６の外形が正方形であり、重複領域ＲＬがＶ方向視で正方形（負荷モジュール１及び電源モジュール６の相似形）である。また、第１対象角部ＴＥ１を通る負荷モジュール１の外形の対角線の方向である第１対角線方向Ｄ１と、第２対象角部ＴＥ２を通る電源モジュール６の対角線の方向である第２対角線方向Ｄ６とが、Ｖ方向視で重複している。そして、第１電力配線Ｗ１及び第２電力配線Ｗ２の双方が、第１対角線方向Ｄ１（＝第２対角線方向Ｄ６）に沿って延在するように形成される。本実施形態では、矩形状の負荷モジュール１の外形の重心（第１重心Ｐ１）と矩形状の電源モジュール６の外形の重心（第２重心Ｐ６）とを結ぶ線である重心線ＬＰも、第１対角線方向Ｄ１及び第２対角線方向Ｄ６とＶ方向視で重複する。従って、第１電力配線Ｗ１及び第２電力配線Ｗ２は、第１重心Ｐ１と第２重心Ｐ６とを結ぶ重心線ＬＰに沿って延在しているということができる。

尚、重複領域ＲＬは、Ｖ方向視で正方形（負荷モジュール１及び電源モジュール６の相似形）である場合には限らず、図９に示すように長方形状（非相似形）であってもよい。この場合、第１対角線方向Ｄ１と第２対角線方向Ｄ６とはＶ方向視で平行であるが、何れも重心線ＬＰとは重複しない。このような場合、第１対角線方向Ｄ１及び第２対角線方向Ｄ６に沿って、第１電力配線Ｗ１及び第２電力配線Ｗ２を形成すると、配線距離が長くなったり、電力用の接続端子Ｔの配置が複雑になったりする可能性がある。従って、重複領域ＲＬがこのように長方形状の場合には、重心線ＬＰに沿って第１電力配線Ｗ１及び第２電力配線Ｗ２を形成すると好適である。

また、重複領域ＲＬは、図１０に示すような平行な辺のない四角形状であることを妨げるものでもない。重複領域ＲＬがこのような形状の場合、第１対角線方向Ｄ１及び第２対角線方向Ｄ６も互いに平行ではない。従って、重複領域ＲＬがこのように長方形状の場合には、重心線ＬＰに沿って第１電力配線Ｗ１及び第２電力配線Ｗ２を形成すると好適である。

図８から図１０に示すように、電源モジュール６から負荷モジュール１に供給される２種類の電力をそれぞれ伝達する電力配線Ｗは、それぞれ主基板５において異なる配線層（５ａ，５ｂ）に設けられると共に、矩形状の負荷モジュール１の外形の第１重心Ｐ１と矩形状の電源モジュール６の外形の第２重心Ｐ６とを結ぶ重心線ＬＰに沿って延在するように形成されているとよい。そして、より好適には、図８及び図９に示すように、第１対象角部ＴＥ１を通る第１対角線方向Ｄ１と、第２対象角部ＴＥ２を通る第２対角線方向Ｄ６とが、Ｖ方向視で平行であるとよい。さらに、図８に示すように、第１対角線方向Ｄ１及び第２対角線方向Ｄ６は、Ｖ方向視で重複していると好適である。

図１１から図１４は、上述した本実施形態に対する比較例を示している。図１１は、図３と対比される比較例の負荷モジュール１の端子配置を示すＶ方向視の透視図である。図１２は、図４と対比される比較例の電源モジュール６の端子配置を示すＶ方向視の平面図である。図１３は、図６と対比される比較例の主基板第１面５ａのランドＬ及び配線（ＷＳ，Ｗ，ＴＨ）のパターンを示すＶ方向視の平面図である。図１４は、図７と対比される比較例の主基板第２面５ｂのランドＬ及び配線（ＷＳ，Ｗ，ＴＨ，Ｊ）のパターンを示すＶ方向視の透視図である。

図１３及び図１４に示すように、比較例においては、第１対象角部ＴＥ１及び第２対象角部ＴＥ２の概念はなく、負荷モジュール１の４つの辺の内の１つを第１対象辺ＴＳ１（図１１参照）とし、電源モジュール６の４つの辺の内の１つを第２対象辺ＴＳ２（図１２参照）とする。

図１２に示すように、比較例においては、第１電源出力端子ＴＯ１は、矩形環状の最外周において、第２対象辺ＴＳ２に沿って６本割り当てられている。第２電源出力端子ＴＯ２は、矩形環状の最外周よりも内側に複数本（ここでは１１本）割り当てられている。

また、図１１に示すように、第１電源入力端子ＴＩ１は、３周の矩形環状の接続端子Ｔで形成された内側の矩形環状端子群の内の中央部の２０本に割り当てられている。第２電源入力端子ＴＩ２は、３周の矩形環状の接続端子Ｔで形成された外側の矩形環状端子群の内において、第１対象辺ＴＳ１の側の最外周から最内周まで連続する複数本（ここでは１２本）と、内側の矩形環状端子群の内の第１対象辺ＴＳ１の側の全てと、それに連続して第１対象辺ＴＳ１とは反対側へ向けて連続する複数本（ここでは１０本）と、内側の矩形環状端子群の内の第１対象辺ＴＳ１とは反対側の複数本（ここでは４本）との合計２６本に割り当てられている。

負荷モジュール１と電源モジュール６とは、第１対象辺ＴＳ１がＶ方向視で電源モジュール６に重複し、第２対象辺ＴＳ２がＶ方向視で負荷モジュール１に重複するように、主基板５に配置される。比較例においても、負荷モジュール１と電源モジュール６とがＶ方向視で重複する領域を重複領域ＲＬと称する。

図１４に示すように、比較例においても、主基板第２面５ｂにおける重複領域ＲＬには、第１電源出力端子ＴＯ１が接続される第１電源出力端子接続ランドＬ６１が形成されている。また、比較例においても、主基板第２面５ｂには、第１電源出力端子接続ランドＬ６１を含み、或いは第１電源出力端子接続ランドＬ６１と電気的に接続されて、第１電力を伝達する第１電力配線Ｗ１が形成されている。第１電力配線Ｗ１は、主基板第２面５ｂにおいて、第１電源入力端子ＴＩ１（負荷モジュール１の内側の矩形環状端子群）をＶ方向視で重複する領域と、第１電源出力端子ＴＯ１とを結ぶように形成されている。第１電源出力端子ＴＯ１は、重複領域ＲＬにおける第１電力配線Ｗ１に、全ての第１電源出力端子ＴＯ１がＶ方向視で重複するように配置されている。

図１３に示すように、比較例においても、主基板第１面５ａには、負荷モジュール１の第１電源入力端子ＴＩ１が接続される第１電源入力端子接続ランドＬ１１は、Ｖ方向視で第１電力配線Ｗ１と重複する位置に形成されている。そして、第１電源入力端子接続ランドＬ１１には、スルーホールＴＨ（第１スルーホールＴＨ１）が形成され、第１電源入力端子接続ランドＬ１１と第１電力配線Ｗ１とが電気的に接続されている。このようにして、主基板第２面５ｂの側に接続される第１電源出力端子ＴＯ１と、主基板第１面５ａの側に接続される第１電源入力端子ＴＩ１とが、第１電力配線Ｗ１及び第１スルーホールＴＨ１を介して電気的に接続されている。

図１４に示すように、比較例においても、主基板第２面５ｂにおける重複領域ＲＬには、第２電源出力端子ＴＯ２が接続される第２電源出力端子接続ランドＬ６２も形成されている。また、比較例においても、図１３に示すように、第２電源出力端子接続ランドＬ６２と電気的に接続されて、第２電力を伝達する第２電力配線Ｗ２は、主基板第１面５ａに形成されている。主基板５における重複領域ＲＬには、複数の第２スルーホールＴＨ２が形成され、それぞれの第２スルーホールＴＨ２は、主基板第２面５ｂにおいて第２電源出力端子接続ランドＬ６２とジャンパ配線Ｊを介して接続されている。また、それぞれの第２スルーホールＴＨ２は、主基板第１面５ａにおいて、第２電力配線Ｗ２と電気的に接続されている。

図７及び比較例の図１４に示すように、電源モジュール６において矩形環状の接続端子Ｔの外周側から３周目及び４周目に配置された接続端子Ｔには、信号用ランドＬＳ及び第３スルーホールＴＨ３を介して主基板第１面５ａの側に信号配線ＷＳが延伸するものがある。重複領域ＲＬでは、主基板第１面５ａの側に負荷モジュール１の接続端子Ｔが存在するため、第３スルーホールＴＨ３を介して主基板第１面５ａの側に信号配線ＷＳを引き出すことができない。しかし、重複領域ＲＬ外では、このように主基板第１面５ａの側に信号配線ＷＳを引き出すことができる。

ここで、比較例を示す図１４において黒塗りで示すランドＬは、主基板第２面５ｂにおいて信号配線ＷＳを引き出すことができない未接続ランドＬＮである。未接続ランドＬＮは重複領域ＲＬに位置しているため、第３スルーホールＴＨ３を介して主基板第１面５ａの側に信号配線ＷＳを引き出すこともできない。図１２に黒塗りで示す端子は、未接続ランドＬＮに接続される未接続端子ＴＮである。比較例（図１３及び図１４）においては重複領域ＲＬの大きさが、上述した本実施形態（図６及び図７）に比べて大きくなる。このため、信号配線ＷＳを引き出すことができない未接続端子ＴＮが生じ易くなる。しかし、本実施形態によれば、重複領域ＲＬを適切な大きさとすることができ、充分な配線幅を有する電力配線Ｗを設けると共に、未接続ランドＬＮ及び未接続端子ＴＮの発生を抑制することができる。

〔実施形態の概要〕
以下、上記において説明した半導体装置（１０）の概要について簡単に説明する。

主基板（５）と、前記主基板（５）の第１面（５ａ）に実装された負荷モジュール（１）と、前記主基板（５）の前記第１面（５ａ）とは反対側の第２面（５ｂ）に実装された電源モジュール（６）と、を備えた半導体装置（１０）は、１つの態様として、前記負荷モジュール（１）及び前記電源モジュール（６）は、前記主基板（５）に直交する方向（Ｖ）に見た平面視で矩形状であると共に、それぞれ前記主基板（５）に対向する対向面（４ｂ、６ｂ）の側に矩形環状の３周以上の接続端子（Ｔ）が配置され、前記負荷モジュール（１）の４つの角部の内の１つの角部を第１対象角部（ＴＥ１）とし、前記電源モジュール（６）の４つの角部の内の１つの角部を第２対象角部（ＴＥ２）とし、前記負荷モジュール（１）の４つの角部の内、前記第１対象角部（ＴＥ１）とは異なる３つの角部を第１非対象角部（ＮＥ１）とし、前記電源モジュール（６）の４つの角部の内、前記第２対象角部（ＴＥ２）とは異なる３つの角部を第２非対象角部（ＮＥ２）として、前記第１対象角部（ＴＥ１）が前記電源モジュール（６）と前記平面視で重複すると共に前記第１非対象角部（ＮＥ１）が前記電源モジュール（６）と前記平面視で重複せず、前記第２対象角部（ＴＥ２）が前記負荷モジュール（１）と前記平面視で重複すると共に前記第２非対象角部（ＮＥ２）が前記負荷モジュール（１）と前記平面視で重複しないように、前記負荷モジュール（１）と前記電源モジュール（６）とが前記主基板（５）に配置され、前記電源モジュール（６）から前記負荷モジュール（１）に供給される２種類の電力の内の一方の電力が、前記負荷モジュール（１）と前記電源モジュール（６）とが前記平面視で重複する重複領域（ＲＬ）において前記主基板（５）に形成されたスルーホール（ＴＨ２）を介して供給されている。

本構成によれば、例えば負荷モジュール（１）と電源モジュール（６）との何れか一方における１つの辺の全体が平面視で他方に重複するように、負荷モジュール（１）と電源モジュール（６）とが主基板（５）に配置される場合に比べて、重複領域（ＲＬ）を適切な大きさに抑えることができる。重複領域（ＲＬ）では、主基板（５）の両側の面にモジュールの接続端子（Ｔ）が存在するため、スルーホール（ＴＨ）を介して配線（ＷＳ）を重複領域（ＲＬ）の外へ引き出すことは困難である。このため、重複領域（ＲＬ）を設けた場合には、配線（ＷＳ）が困難な接続端子（Ｔ）、或いは配線（ＷＳ）が不可能な接続端子（ＴＮ）を生じさせる。しかし、重複領域（ＲＬ）の大きさを適切な大きさに抑えることで、このような接続端子（Ｔ，ＴＮ）の数を抑制することができる。このように、本構成によれば、適切に重複領域（ＲＬ）を設けることで、電力を伝送するための配線（Ｗ）の幅が確保し易くすることができると共に、重複領域（ＲＬ）にスルーホール（ＴＨ２）を設けて第２面（５ｂ）から第１面（５ａ）に電力を伝送しても接続な困難或いは不可能な接続端子（ＬＮ）の数を抑制することができる。即ち、本構成によれば、基板（５）に負荷となる部品（１）と電力を供給する部品（６）とを実装する場合に、それぞれの部品（１，６）の端子からの配線（ＷＳ）の引き出しを妨げることなく、基板（５）のコストの上昇を抑制することができる。

ここで、前記負荷モジュール（１）の電源入力端子（ＴＩ２）は、前記第１対象角部（ＴＥ１）を含む領域に配置されていると好適である。

第１対象角部（ＴＥ１）は、平面視で重複領域（ＲＬ）と重複する。このため、重複領域（ＲＬ）に形成されたスルーホール（ＴＨ２）を介して短い配線距離で電源モジュール（６）と負荷モジュール（１）の電源入力端子（ＴＩ２）とを接続することができる。

また、前記電源モジュール（６）から前記負荷モジュール（１）に供給される２種類の電力の内、消費電流が大きい方の電力を第１電力として、前記第１電力を供給する前記電源モジュール（６）の前記接続端子（Ｔ）である第１電源出力端子（ＴＯ１）は、前記電源モジュール（６）の最外周を含む外周側の前記接続端子（Ｔ）に割り当てられていると好適である。

この構成によれば、電源モジュール（６）が実装されている第２面（５ｂ）において、最外周を含む外周側の接続端子（Ｔ）に割り当てられている第１電源出力端子（ＴＯ１）から負荷モジュール（１）に向かって短い配線距離で第１電力を伝送することができる。また、相対的に広い配線幅が求められる第１電力の配線（Ｗ）の配線幅（ＷＤ）を適切に確保し易くなる。

ここで、前記主基板（５）において前記第１電力を伝達する配線を第１電力配線（Ｗ１）として、前記第１電力配線（Ｗ１）の配線幅（ＷＤ）は前記第１電力の消費電流に応じて設定され、前記第１電源出力端子（ＴＯ１）は、前記重複領域（ＲＬ）における前記第１電力配線（Ｗ１）に、全ての前記第１電源出力端子（ＴＯ１）が前記平面視で重複するように配置されていると好適である。

この構成によれば、全ての第１電源出力端子（ＴＯ１）が平面視で電力配線（Ｗ１）に重複するので、第１電力の消費電流に応じて適切に配線幅（ＷＤ）が設定された第１電力配線（Ｗ１）に対して、適切に第１電源出力端子（ＴＯ１）を接続することができる。

また、１つの態様として、前記電源モジュール（６）から前記負荷モジュール（１）に供給される２種類の電力の内、消費電流が大きい方の電力を第１電力として、前記負荷モジュール（１）が、前記第１電力が供給される素子第１電源入力端子（２Ｔ）を備えた少なくとも１つの主半導体素子（２）と、前記主半導体素子（２）が実装されるモジュール基板（４）とを備え、前記第１対象角部（ＴＥ１）が、４つの角部の内、前記平面視において前記素子第１電源入力端子（２Ｔ）に最も近い角部であると好適である。

この構成によれば、素子第１電源入力端子（２Ｔ）に対して、短い配線距離で電力を供給することができる。

また、前記電源モジュール（６）から前記負荷モジュール（１）に供給される２種類の電力をそれぞれ伝達する電力配線（Ｗ）は、それぞれ前記主基板（５）において異なる配線層（５ａ，５ｂ）に設けられると共に、矩形状の前記負荷モジュール（１）の外形の重心（Ｐ１）と矩形状の前記電源モジュール（１）の外形の重心（Ｐ６）とを結ぶ線（ＬＰ）に沿って延在するように形成されていると好適である。

この構成によれば、負荷モジュール（１）と電源モジュール（６）との平面視における位置関係に拘わらず、負荷モジュール（１）と電源モジュール（６）との間に、短い配線距離で電力配線（Ｗ）を設けることができる。

ここで、前記第１対象角部（ＴＥ１）を通る前記負荷モジュール（１）の対角線の方向である第１対角線方向（Ｄ１）と、前記第２対象角部（ＴＥ２）を通る前記電源モジュール（６）の対角線の方向である第２対角線方向（Ｄ６）とは、前記平面視で平行であると好適である。

この構成によれば、対角線（Ｄ１，Ｄ６）を基準として、適切に電力の入出力用の接続端子（Ｔ）を設けることができる。例えば、対角線（Ｄ１，Ｄ６）を対称軸としてバランス良く電力の入出力用の接続端子（Ｔ）を設けることができる。

また、前記第１対角線方向（Ｄ１）及び前記第２対角線方向（Ｄ６）は、前記平面視で重複していると好適である。

この構成によれば、対角線（Ｄ１，Ｄ６）を基準として、適切に電力の入出力用の接続端子（Ｔ）を設けることができると共に、短い配線距離で電力配線（Ｗ）を設けることができる。

１ 負荷モジュール
２ システムＬＳＩ（主半導体素子）
２Ｔ 素子第１電源入力端子
４ モジュール基板
４ｂ モジュール基板第２面（対向面）
５ 主基板
５ａ 主基板第１面（第１面）
５ｂ 主基板第２面（第２面）
６ 電源モジュール
６ｂ 電源モジュール第２面（対向面）
１０ 半導体装置
Ｄ１ 第１対象角部を通る対角線
Ｄ６ 第２対象角部を通る対角線
ＮＥ１ 第１非対象角部
ＮＥ２ 第２非対称角部
Ｐ１ 半導体モジュールの外形の重心
Ｐ６ 電源モジュールの外形の重心
ＲＬ 重複領域
ＴＥ１ 第１対象角部
ＴＥ２ 第２対象角部
Ｔ 接続端子
ＴＩ１ 第１電源入力端子
ＴＯ１ 第１電源出力端子
ＴＮ 非接続端子
ＴＨ２ 第２スルーホール（スルーホール）
Ｖ 基板直交方向（主基板に直交する方向）
Ｗ 電力配線
Ｗ１ 第１電力配線
Ｗ２ 第２電力配線
ＷＤ１ 第１電力配線の配線幅

Claims (8)

1. 主基板と、前記主基板の第１面に実装された負荷モジュールと、前記主基板の前記第１面とは反対側の第２面に実装された電源モジュールと、を備えた半導体装置であって、
   前記負荷モジュール及び前記電源モジュールは、前記主基板に直交する方向に見た平面視で矩形状であると共に、それぞれ前記主基板に対向する対向面側に矩形環状の３周以上の接続端子が配置され、
   前記負荷モジュールの４つの角部の内の１つの角部を第１対象角部とし、
   前記電源モジュールの４つの角部の内の１つの角部を第２対象角部とし、
   前記負荷モジュールの４つの角部の内、前記第１対象角部とは異なる３つの角部を第１非対象角部とし、
   前記電源モジュールの４つの角部の内、前記第２対象角部とは異なる３つの角部を第２非対象角部として、
   前記第１対象角部が前記電源モジュールと前記平面視で重複すると共に前記第１非対象角部が前記電源モジュールと前記平面視で重複せず、前記第２対象角部が前記負荷モジュールと前記平面視で重複すると共に前記第２非対象角部が前記負荷モジュールと前記平面視で重複しないように、前記負荷モジュールと前記電源モジュールとが前記主基板に配置され、
   前記電源モジュールから前記負荷モジュールに供給される２種類の電力の内の一方の電力が、前記負荷モジュールと前記電源モジュールとが前記平面視で重複する重複領域において前記主基板に形成されたスルーホールを介して供給されている、半導体装置。
2. 前記負荷モジュールの電源入力端子は、前記第１対象角部を含む領域に配置されている
   請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記電源モジュールから前記負荷モジュールに供給される２種類の電力の内、消費電流が大きい方の電力を第１電力として、
   前記第１電力を供給する前記電源モジュールの前記接続端子である第１電源出力端子は、前記電源モジュールの最外周を含む外周側の前記接続端子に割り当てられている、請求項１又は２に記載の半導体装置。
4. 前記主基板において前記第１電力を伝達する配線を第１電力配線として、
   前記第１電力配線の配線幅は前記第１電力の消費電流に応じて設定され、
   前記第１電源出力端子は、前記重複領域における前記第１電力配線に、全ての前記第１電源出力端子が前記平面視で重複するように配置されている、請求項３に記載の半導体装置。
5. 前記電源モジュールから前記負荷モジュールに供給される２種類の電力の内、消費電流が大きい方の電力を第１電力として、
   前記負荷モジュールは、前記第１電力が供給される素子第１電源入力端子を備えた少なくとも１つの主半導体素子と、前記主半導体素子が実装されるモジュール基板とを備え、
   前記第１対象角部は、４つの角部の内、前記平面視において前記素子第１電源入力端子に最も近い角部である、請求項１から４の何れか一項に記載の半導体装置。
6. 前記電源モジュールから前記負荷モジュールに供給される２種類の電力をそれぞれ伝達する電力配線は、それぞれ前記主基板において異なる配線層に設けられると共に、矩形状の前記負荷モジュールの外形の重心と矩形状の前記電源モジュールの外形の重心とを結ぶ線に沿って延在するように形成されている、請求項１から５の何れか一項に記載の半導体装置。
7. 前記第１対象角部を通る前記負荷モジュールの対角線の方向である第１対角線方向と、前記第２対象角部を通る前記電源モジュールの対角線の方向である第２対角線方向とは、前記平面視で平行である、請求項６に記載の半導体装置。
8. 前記第１対角線方向及び前記第２対角線方向は、前記平面視で重複している、請求項７に記載の半導体装置。

Images