JPH08148597A - 半導体モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】高信頼性および高放熱性を有し、小形・軽量・
低コストの表面実装型半導体モジュールを提供する。 【構成】モジュール基板１１、モジュール基板の表面に
実装された半導体素子、および半導体素子が実装された
基板の表面を覆うキャップ１３を具備する半導体モジュ
ール１０である。キャップ１３は、モジュール基板１１
の一対の対向する側面において、基板の裏面を越えるよ
うに形成された突出部１４を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体モジュール係
り、特に小形・軽量・低コストの表面実装型半導体モジ
ュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、情報通信機器等の電子機器の小形
化・軽量化にともなって、機器内部の部品の小形化・軽
量化が要求されつつある。一方、集積化技術の飛躍的な
発展によって、ＨＩＣ（Ｈｙｂｒｉｄ Ｉｎｔｅｇｒａ
ｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、またはＭＭＩＣ（Ｍｉｃｒ
ｏｗａｖｅ Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔ
ｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等の形状で、半導体素子および
受動部品を含む機能ブロックをモジュールの形状にまと
め、パッケージとしての完成度を上げることによって、
付加価値を高める傾向にある。

【０００３】従来、表面実装型モジュールの外部接続用
電極としては、リード付きタイプのＱＦＰ（Ｑｕａｄ
Ｆｌａｔ Ｐａｃｋａｇｅ）等が用いられてきた。しか
しながら、このようなリード付きタイプのモジュール
は、モジュール面積に対する外部接続用電極の占める割
合が大きいので、近年のモジュールの小形化・高密度化
に対応できないおそれがある。

【０００４】そこで、外部接続用電極の占有面積を低減
するために、例えば、図１４に示すようなノッチ（Ｎｏ
ｔｃｈ）型電極６７、または、図１５に示すようなＬＧ
Ａ（Ｌａｎｄ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）電極７２ａ等の
リードレスタイプの電極が提案されている。

【０００５】しかしながら、ノッチ型電極６７およびＬ
ＧＡ電極７２ａ等のリードレスタイプの電極は、モジュ
ール基板とマザーボード基板との接続部分である電極の
面積が小さく、かつ、これらの基板の間の距離は非常に
小さい。このため、モジュール基板とマザーボード基板
との熱膨脹係数の違いによってこの接続部分に歪みが発
生し、接続部分の信頼性が低くなるという問題が生じ
る。したがって、モジュール基板とマザーボード基板と
の間隔を大きくし、熱応力を緩和することが必要とされ
るものの、従来の接続法では困難であった。

【０００６】また、モジュール内部で発生した熱は、モ
ジュール基板とマザーボード基板との接続部分を経て、
マザーボード基板から放出されるが、上述の半導体モジ
ュールでは、接続部分は電極のみであるため、十分な放
熱が行なわれないという問題が生じる。

【０００７】図１４および図１５に示すような構造を有
するモジュールキャップとモジュール基板との接続は、
はんだ、導電性ペースト、または接着剤等を用いて行わ
れる。この場合には、モジュール基板上にキャップ接続
用エリアが必要となるために、モジュールサイズの増大
が避けられない。

【０００８】さらに、高周波向けモジュールの場合に
は、信号線をある特定のインピーダンスに保つことが望
まれており、通常は、特性インピーダンスを５０Ωとす
る。ＬＧＡ電極７２ａ、ノッチ型電極６７等の外部接続
用電極およびモジュール基板とマザーボード基板との接
続部分は、特性インピーダンスが不連続となり、装置の
信号通過特性を劣化させる部分となる。この部分の特性
インピーダンスの不連続をなくすためには、信号接続部
分から近傍のグラウンド用接続部までの距離を制御する
ことが必要とされるが、電極のサイズ、ピッチ等の構造
に起因する制約のため、所望の特性インピーダンスを得
ることが困難であった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、半導体
モジュールにおいて、リードレスタイプの外部接続用電
極を用い、小形化の達成を試みた場合には、信頼性が低
く、放熱性が悪いという問題があった。

【００１０】そこで、本発明は、モジュールの小形化を
達成し、なおかつ、製造工程数を増やすことなく外部接
続部の信頼性を改善し、高放熱化を図ることにより、高
信頼性・高放熱構造を有する、小形・軽量・低コストの
表面実装型半導体モジュールを提供することを目的とす
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、ジュール基板、前記モジュール基板の表
面に実装された半導体素子、および前記半導体素子が実
装された基板の表面を覆うキャップを具備し、前記キャ
ップは、モジュール基板の一対の対向する側面におい
て、前記基板の裏面を越えるように形成された突出部を
有することを特徴とする半導体モジュールを提供する。

【００１２】また、本発明は、表面に半導体素子が実装
された第１の基板と、この基板の表面を覆うように設け
られたキャップとを具備する半導体モジュール、および
この半導体モジュールを実装するための第２の基板を含
み、前記キャップは、前記第１の基板の一対の対向する
側面において、前記第１の基板の裏面を越えるように形
成された突出部を有し、この突出部が前記第２の基板と
接触していることを特徴とする半導体モジュール装置を
提供する。

【００１３】

【作用】本発明の半導体モジュールは、モジュール基板
の底面を越えるように形成された突出部を有するキャッ
プにより覆われており、この半導体モジュールをマザー
ボード基板に実装して半導体モジュール装置を製造する
際には、前記突出部がマザーボード基板に接触して接続
される。

【００１４】キャップに形成された突出部は、モジュー
ル基板とマザーボード基板との距離を決定する、いわゆ
るスペーサーとして作用する。したがって、新たにスペ
ーサーを形成するための工程を増やすことなく、モジュ
ール基板とマザーボード基板との間の距離を増大させる
ことができる。このため、接続部分に発生する熱ストレ
スを緩和し、接続部分の信頼性を向上させることができ
る。また、モジュール内部で発生した熱を、キャップを
介してマザーボード基板に逃がすことができるので、放
熱性を向上させることができる。

【００１５】さらに、キャップの突出部の内側面に爪状
突起を形成した場合には、この爪状突起をモジュール基
板の底面に噛み合わせることによって、モジュール基板
とキャップとを容易に一体化することができるので、キ
ャップを接続するための特別な工程を設ける必要がな
い。また、噛み合わせ部を外すことによって取り外しを
容易に行なうことができ、接着剤を用いたためにキャッ
プのリペアが困難になるという問題を回避することがで
きる。

【００１６】特に、キャップの突出部の内側面に、爪状
突起を設けた場合には、モジュール基板裏面のメタルパ
ターン、あるいはバンプ等の電極とキャップ端部との距
離を制御することによって、特性インピーダンスを所望
の値に低下させることができる。

【００１７】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の半導体モジュ
ールをより詳細に説明する。図１に、本発明の半導体モ
ジュールの第１の実施例の斜視図を示す。図１（ａ）に
示すように、半導体モジュール１０は、モジュール基板
１１と、このモジュール基板１１を覆うキャップ１３と
を具備する。なお、キャップ１３は、モジュール基板の
各辺において、基板の底面を越えるように設けられた突
出部１４を有する。また、図１（ｂ）に示すように、モ
ジュール基板１１の裏面には、外部接続用メタルパター
ン１２ａが形成されている。

【００１８】なお、図１（ｂ）に示した半導体モジュー
ルにおけるキャップ１３の突出部１４を含む断面（Ａ−
Ａ´）、および、キャップ１３の突出部１４を含まない
断面（Ｂ−Ｂ´）は、それぞれ図２および図３に示すと
おりである。

【００１９】図２および図３に示すように、モジュール
基板１１の表面には、メタルパターン１２ｃが形成され
ており、このメタルパターン１２ｃに接続されるよう
に、半導体素子１５および受動部品１６が実装されてい
る。半導体素子１５および受動部品１６は、モジュール
基板１１に設けられたヴィア１７を介して、基板裏面に
形成されたメタルパターンと電気的に接続されている。

【００２０】本発明の半導体モジュールにおいて、モジ
ュール基板１１の材質としては、アルミナ、窒化アルミ
ニウム、ポリイミド、ＳｉＯ₂ 、テフロン、およびエポ
キシ樹脂等の絶縁材料を使用することができる。なお、
絶縁層の厚みは、例えば、アルミナ場合には、約２５４
μｍ以上とすることが好ましい。

【００２１】モジュール基板１１の表面および裏面のメ
タルパターンは、金、銅、ニッケル、タングステン、ク
ロム、アルミニウム、銀等の金属材料またはその合金、
その他のペースト等の導電性材料により形成することが
できる。このメタルパターンの厚みは２〜３５μｍ程度
とすることが好ましい。

【００２２】また、モジュール基板１１の表面および裏
面に設けられたメタルパターンを電気的に接続するため
のヴィアは、オープンヴィアまたはフィルドヴィアのい
ずれでもよい。なお、モジュール基板１１の裏面パター
ンの一部は、外部接続用電極１２ａとして用いることが
でき、半導体モジュールと外部とを電気的に接続する役
割を果たしている。

【００２３】本発明の半導体モジュールに使用され得る
モジュール基板１１の一例の上面図を図４に示す。図４
に示すように、モジュール基板１１の各辺には、凹型の
くぼみ１１ａが形成されている。なお、凹型のくぼみ
は、キャップに設けられた突出部の位置に応じて形成す
ることができる。この凹型のくぼみの側面部には、金、
銅、ニッケル、タングステン、およびクロム等の金属材
料、またはその他の導電性材料が塗布されており、この
導電性材料によって、基板表面のメタルパターン（図示
せず）と基板裏面のメタルパターン（図示せず）とを電
気的に接続することができる。

【００２４】モジュール基板１１の表面に実装される半
導体素子１５としては、半導体チップが表面実装用のパ
ッケージに収められたもの、あるいはパッケージに収め
られていない半導体チップ、いわゆるベアチップをフェ
ースアップ実装、またはフェースダウン実装するものを
使用することができる。半導体素子１５は、リード、ワ
イヤボンディング、およびバンプ等を用いてモジュール
基板１１に電気的に接続することができる。なお、ベア
チップタイプの半導体素子を用いる場合は、外部からの
ストレスに対する信頼性の向上を図るために、シリコー
ン樹脂、エポキシ樹脂、およびアクリル樹脂等のポッテ
ィング材で実装後の半導体素子を封止することが好まし
い。

【００２５】また、受動部品１５とは、抵抗、キャパシ
タ、およびインダクタ等を示し、その形状は、１００５
タイプ、１６０８タイプ等のチップ部品、またはその他
の表面実装型の部品であれば特に限定されない。

【００２６】本発明の半導体モジュールに用いられるキ
ャップ１３は、モジュール基板１１表面の周辺部に接触
する形状であり、少なくとも一対の対向する側面におい
て、基板の裏面を越えるように形成された突出部を有す
る。

【００２７】この突出部のモジュール基板辺方向の長さ
は、少なくとも０．１ｍｍであり、モジュール基板の辺
の長さ程度であることが好ましい。また、モジュール基
板の辺の任意の位置に設けることができるが、辺の中央
から対象となるように形成することが好ましい。

【００２８】また、モジュール基板の裏面から突出する
寸法は、モジュール基板の熱膨脹係数、マザーボード基
板の熱膨脹係数、およびモジュールサイズに依存する外
部接続等の依存性等に応じて適宜選択することができる
が、０．１〜１．５ｍｍ程度とすることが好ましい。
０．１ｍｍ未満であると、熱ストレスを十分に緩和する
ことができず、一方、１．５ｍｍを越えると、モジュー
ル基板裏面、ＬＧＡ外部接続用電極部１２ａにクリーム
はんだを厚くぬることが困難となり、モジュールをマザ
ーボード基板へ実装する際にオープンとなるので、接続
不良を起こしやすくなる。クリームはんだを厚くする
と、量の制御が容易に行えず、リフロー時に隣接電極間
でショートとなり、不良が発生しやすくなるため、電極
の微細化が困難となる。

【００２９】なお、キャップ１３の材質としては、液晶
ポリマー等の高耐熱性樹脂、あるいはリン青銅、４２ア
ロイ、ステンレス等の金属等が挙げられる。また、樹脂
キャップ表面に金属を塗布することにより、導電性を付
与した材料を使用してもよい。この場合、金属は、メッ
キ処理により金属を塗布する、または、メタルペースト
をディッピング等によって塗布することができる。

【００３０】特に、キャップ１３が導電性材料によって
構成されている場合には、キャップ１３とモジュール基
板１１の表面あるいは裏面、側面のメタルパターンの一
部とを電気的に接続することによって、キャップ１３の
突出部１４を、モジュール基板１１に設けられたモジュ
ール基板外部接続電極用メタルパターン１２ａと同様の
電極として用いることもできるので好ましい。

【００３１】次に、本発明の第１の実施例に係る半導体
モジュールの製造方法を説明する。まず、モジュール基
板１１の表面に、半導体素子１５および受動部品１６を
実装する。半導体素子１５としてベアチップを用いる場
合には、フェースアップ実装により実装することがで
き、はんだまたは導電性接着剤を用いて機械的に接続す
ることができる。また、半導体素子１５は、ワイヤボン
ディングによりモジュール基板１１と電気的に接続する
ことが好ましい。

【００３２】受動部品１５は、はんだまたは導電性ペー
ストを使用して、モジュール基板と機械的および電気的
に接続することができる。続いて、キャップ１３の突出
部１４と、モジュール基板１１の所定の辺に形成された
凹型のくぼみ１１ａとが対応するように、半導体チップ
等が実装されたモジュール基板１１と、キャップ１３と
を接続する。

【００３３】なお、導電性材料により構成されたキャッ
プを使用する場合には、このキャップとモジュール基板
１１上のＧＮＤとを電気的に接続することによって、あ
るいはこのキャップとマザーボード上のＧＮＤとを電気
的に接続することによって、モジュールのシールド効果
をより高めることができる。

【００３４】以上の工程により、図１に示す半導体モジ
ュール１０が得られる。この半導体モジュールは、次の
ようにしてマザーボード基板に実装して、本発明の半導
体モジュール装置を得ることができる。

【００３５】図５に、本発明の第１の実施例の半導体モ
ジュールをマザーボード基板１６へ実装した状態の断面
図を示す。図５に示されるように、半導体モジュールを
マザーボード基板１８へ実装した際には、キャップ１３
の突出部１４によって、モジュール基板１１とマザーボ
ード基板１８との間隔が保たれる。このため、前記キャ
ップの突出部１４の高さを変化させることによって、モ
ジュール基板１１とマザーボード基板１８との間隔を制
御することができる。

【００３６】この半導体モジュール装置は、通常の表面
実装部品はんだ実装技術を採用して製造することができ
る。まず、マザーボード基板１８表面の電極パターン部
分に、クリームはんだを印刷により供給する。ここで印
刷されるクリームはんだの厚みは、キャップ１３の突出
部１４が、モジュール基板１１裏面から突出する量を越
えるように厚くしておくことが好ましい。クリームはん
だの量を多くすることによって、モジュールとマザーボ
ード基板１８との接続不良の発生を減少させることがで
きるので、実装歩留まりが高まる。

【００３７】上述のようにはんだが供給されたマザーボ
ード基板１８上に、モジュールを位置合わせしつつマウ
ントし、リフローによりモジュールをマザーボード基板
１８と接続する。このとき、モジュール基板１１の裏面
とマザーボード基板１８との距離は、キャップの突出部
１４がモジュール基板１１裏面から突出する長さと等し
くなる。

【００３８】なお、マザーボード基板に供給されるはん
だ量を調節することによって、リフロー後のＬＧＡ電極
の接続部分１９の形状、すなわち、はんだバンプの形状
をつづみ状にして、熱応力に強い構造にすることができ
る。また、はんだを供給する際は、他の方法を用いるこ
ともでき、例えば、モジュールの外部接続電極用メタル
パターン１２ａ側にはんだボールを供給したり、モジュ
ールにキャップをかぶせる前に、モジュール外部接続用
メタルパターン１２ａに予めクリームはんだを印刷して
もよい。さらに、モジュールの外部接続用メタルパター
ン１２ａ側、およびマザーボード基板１８側にはんだを
供給した後、リフローにより接合することもできる。

【００３９】導電性を有する材料によってキャップ１３
を構成した場合には、前述のスペーサ−としての作用、
および放熱性向上に加えて、次のような効果を付与する
ことができる。すなわち、キャップ１３の突出部１４を
マザーボード基板１８上の導電層と電気的に接続するこ
とによって、シールド効果を付与することもできる。特
に、モジュール基板の外部接続用電極としてＬＧＡ電極
１２ａを用いる場合には、シールドとなるキャップの突
出部１４はＬＧＡ電極１２ａを囲むように配置されるた
め、モジュールの外部接続用電極も含めた部分に対し
て、シールド効果を持たせることができる。

【００４０】キャップ１３をマザーボード基板１８上の
導電層と接続するに当たっては、この部分をモジュール
外部接続用電極の一部と見なして、半導体モジュールを
マザーボード基板１８へ実装する工程で一括して実装す
ることができる。

【００４１】この場合、キャップ１３のマザーボード基
板１８と接続される部分の面積を、モジュールの外部接
続用電極であるＬＧＡ電極１２ａの面積と等しくする
と、接続部分のはんだの高さが均一になり、接続不良が
少なくなるので好ましい。さらに、接続される部分の形
状を等しくすることによって、クリームはんだの体積が
一定となり、リフロー工程の条件制御が容易になるので
好ましい。

【００４２】以上、本発明の半導体モジュールの一実施
例を示して、説明したが、本発明はこれに限定されるも
のではない。本発明の半導体モジュールの第２の実施例
を図６に示す。

【００４３】図６に示す半導体モジュールにおいては、
キャップの突出部の内側面に、爪状突起２３が設けられ
ている。この爪状突起２３の寸法は、基板端とメタルパ
ターンとの最短距離等によって適宜選択することができ
る。

【００４４】このように、爪状突起２３を有する場合に
は、モジュール基板１１の側面にキャップ１３の爪を噛
み合わせることによって、モジュール基板１１とキャッ
プ１３とを一体化し固定することができ、さらに、この
噛み合わせ部をはずすことにより、容易にキャップのリ
ペアを行なうことができる。

【００４５】また、キャップの突出部の内側面に爪状突
起を設けることによって、モジュール基板のレイアウト
の自由度を増加させることができる。これは、以下のよ
うに説明することができる。

【００４６】モジュールの外部接続用電極部分は、高周
波特性の観点から電気的に不連続な部分であるために、
種々の方法によって、この部分のインピーダンス整合を
とることが提案されている。例えば、外部接続用電極と
してＬＧＡ電極１２ａを用いる場合には、一般的には、
インピーダンス整合が要求される電極と、隣接するグラ
ウンド電極との距離または電極形状を制御することによ
って、インピーダンス整合がとられる。しかしながら、
この場合には、電極間の距離を調節するので、モジュー
ル基板１１のレイアウトに制約を加えることになる。

【００４７】本実施例のように、キャップ１３の突出部
１４が導電性を有し、半導体モジュールのグラウンドの
役割を果たしている場合には、インピーダンス整合が要
求される電極と、これに隣接するキャップの爪状突起２
３端との距離を調節することによって、インピーダンス
整合をとることが可能となる。このため、モジュール基
板のレイアウトの自由度を増すことができる。

【００４８】さらに、本発明の半導体モジュールの第３
の実施例を図７に示す。図７に示す半導体モジュールに
おいては、モジュール基板２６の一対の対向する側面
に、モジュールの外部接続用電極としてのノッチ型電極
２７が形成されている。キャップ２８は、ノッチ型電極
２７を有しない他の側面に、突出部が存在するように取
り付けられている。なお、突出部の内側面には、爪状突
起２９が形成されていてもよい。

【００４９】このようにモジュール基板１１の特定の側
面にノッチ型電極２７を設けることによって、マザーボ
ード基板に接続した後の検査を、このノッチ型電極部を
用いて容易に行なうことができる。また、キャップの突
出部が存在する側面に対応するモジュール基板の側面に
ノッチ型電極を形成してもよい。この場合、キャップの
突出部と、ノッチ型電極の位置とが重ならないようにし
ておくことで、モジュール実装の際に、問題なく接続す
ることができる。

【００５０】またさらに、本発明の半導体モジュールに
おいては、モジュール基板の表面に実装された半導体素
子および受動部品を個々に分離するように、キャップの
内側をセル状に区切ることも可能である。特に、機能ブ
ロックごとに区切ることが好ましい。図８に、このよう
な構造の半導体モジュールの断面図を示す。この場合に
は、キャップが導電性を有する場合には、モジュール内
部の回路をセルで区切られたブロックごとにシールドす
ることができるという効果が得られる。

【００５１】キャップの内側をセル状に区切った部分
を、モジュール基板上にグラウンドパターンと接触また
は接続することによって、モジュール内のブロック毎の
シールド機能をより高めることができるので好ましい。

【００５２】本発明の半導体モジュール装置の他の態様
を図９に示す。半導体モジュール装置３１においては、
マザーボード基板３５キャップ３２の突出部３３に対応
する部分に凹型の孔３７が形成されている。このよう
に、マザーボード基板３５に凹型の孔３７を形成するこ
とによって、半導体モジュール実装時に位置合わせの役
割を果たすこともできる。

【００５３】この凹型の孔は、型抜き、およびエッチン
グ等によってマザーボード基板の表面に形成することが
できる。なお、孔の寸法は、突出部の断面と同程度、ま
たは５割程度大きくすることが好ましく、孔の深さは、
キャップ突出部がモジュール基板裏面を越える高さおよ
び高さのばらつき等に応じて適宜選択することができる
が、好ましくは、０．０５〜０．３ｍｍ程度である。

【００５４】以下、種々のシミュレーション結果を示
し、本発明の半導体モジュールをより詳細に説明する。 （特性インピーダンスの制御）図１０に、本シミュレー
ションに用いた半導体モジュールの裏面を表わす底面図
を示す。

【００５５】モジュール基板３９には、電極用メタルパ
ターン４０、および外部接続用メタルパターン４１、４
２、および４３が形成されている。また、キャップの突
出部４４は、メタルパターンの外端から所定の距離を有
してモジュール基板と重なるように、モジュール基板３
９に取り付けられている。なお、メタルパターンの寸法
は、一辺が０．５ｍｍであり、そのピッチｄ₂ は１．０
ｍｍ、モジュール基板端とメタルパターンとの最短距離
ｄ₁ は０．５ｍｍとした。

【００５６】図１０に示すように、キャップの突出部４
４と、モジュール基板３９との基板裏面における重なり
部分の距離をｘとし、キャップの突出部４４と電極用メ
タルパターン４０との最短距離をｙとして、これらの距
離を変化させ、モジュール基板３９とマザーボード基板
（図示せず）との接続部分の特性インピーダンスＺ₀を
シミュレーションにより求めた。得られた結果を下記表
１に示す。

【００５７】

【表１】

【００５８】なお、表１に示す比較例としては、キャッ
プの突出部４４が、モジュール基板３９の裏面を越える
突出部を有しない場合、すなわち、キャップとマザーボ
ードとが接続されていない場合の例を表わす。

【００５９】表１に示すように、本発明の半導体モジュ
ールでは、キャップがモジュール基板の裏面に重ならな
い場合（Ｎｏ．１）でも、特性インピーダンスＺ₀ は６
２．８Ωであり、重なり部分の距離ｘを大きくし、メタ
ルパターンとキャップとの距離ｙを小さくするにつれ
て、特性インピーダンスＺ₀ は低下している。特に、ｘ
＝０．４、ｙ＝０．１と重なり部分を大きくした場合
（Ｎｏ．７）では、特性インピーダンスＺ₀ を３４．８
Ωまで低下させることができる。

【００６０】これに対して、キャップに突出部を有しな
い場合（比較例）では、特性インピーダンスＺ₀ は７
１．７Ωと大きい。すなわち、キャップに設けられた突
出部の端面をマザーボード基板に接続させて、この突出
部を接地用電極として用いることによって、特性インピ
ーダンスを少なくとも８Ω低下させることができる。

【００６１】さらに、キャップの突出部の内側面に爪状
の突起を設けた場合（ｘ＞０）には、電極用メタルパタ
ーン４０と、キャップ４４との距離ｙを変化させること
によって、６２．８Ω以下の任意の特性インピーダンス
を得ることができる。例えば、電極用メタルパターン４
０とキャップ４４との距離ｙを０．２２ｍｍに設定する
ことによって、接続部分の特性インピーダンスを、一般
に使用される５０Ωとすることができる。

【００６２】なお、電極用メタルパターン４０の中心に
は、モジュール基板３９の表面と裏面とを電気的に接続
するヴィアホール４５が形成されている。このヴィアホ
ール４５の最外端からモジュール基板端までの距離は、
一定以上の値を有することが製造工程上必要とされる。
すなわち、このヴィアホール４５の存在によって、電極
用メタルパターン４０からモジュール基板３９端までの
最小距離が制限されるので、特性インピーダンスを低下
させるにも限界がある。

【００６３】例えば、厚さ０．２５４ｍｍのアルミナ基
板の場合には、メタルパターン４０とモジュール基板３
９端との間の最小距離が０．２５ｍｍとなり、キャップ
側面の突起によって作られるインピーダンスは５２．３
Ωとなる。上で説明したように、キャップの突出部の内
側面に爪状突起を設けることによって、メタルパターン
とキャップとの距離を小さくすることができるので、５
０Ωをはじめとする５２．３Ω以下の任意の特性インピ
ーダンスを得ることが可能となる。 （放熱性の解析）図１１に、放熱性の解析に使用したモ
デルである半導体モジュールの底面図を示す。

【００６４】モジュール基板４７の裏面には、はんだバ
ンプ４８が形成されており、基板４７の表面には、半導
体チップ４９が実装されている。さらに、基板の周囲に
は、４２アロイ製のメタルキャップ５０が、基板の裏面
周辺部において基板と重なるように取り付けられてい
る。すなわち、キャップの突出部の内側面には、爪状突
起が設けられている。

【００６５】なお、この基板の底面の部分拡大図は、図
１２（ａ）に示すとおりであり、この部分の断面図を図
１２（ｂ）に示す。図１２（ｂ）に示すように、アルミ
ナ製のモジュール基板（厚さ０．２５ｍｍ）４７の表面
に、ＧａＡｓからなる半導体チップ（厚さ０．２５ｍ
ｍ）４９が実装されており、この基板４７の表面を覆う
ように、メタルキャップ５０が取り付けられている。な
お、半導体チップ４９の寸法は、一辺が２ｍｍであり、
チップ表面からキャップ内面までの距離は、０．５ｍｍ
である。また、メタルキャップの厚さは、０．２５ｍ
ｍ、モジュール基板底面における基板との重なり部分の
距離ｄ₃ は、０．５ｍｍとした。

【００６６】一方、モジュール基板４７の裏面には、一
辺が０．５ｍｍ、高さ０．２５ｍｍのはんだバンプが形
成されており、このバンプによって、モジュール基板４
７と樹脂（ＰＰＥ）製マザーボード基板５１と接続され
ている。

【００６７】半導体チップの発熱量を１６０ｍＷとし、
樹脂製マザーボード基板の底面の温度を一定として、シ
ミュレーションを行なった結果、キャップ５０とマザー
ボード基板５１とを接続した場合、マザーボード基板の
底面とチップ表面の発熱源の温度差は９．０℃であっ
た。これに対して、キャップ５０がマザーボード基板５
１と接続されていない場合には、前記温度差は１４．５
℃であり、キャップをマザーボード基板へ接続すること
によって、熱抵抗を約３７．９％低減できることがわか
る。

【００６８】このように、キャップ側面の突起をマザー
ボード基板へ接続することにより、放熱性を向上させる
ことができる。以上、シミュレーション結果に基づいて
本発明の半導体モジュールを説明したが、前記半導体モ
ジュールをマザーボード基板に実装した本発明の半導体
モジュール装置は、さらに、以下に示すような効果を有
する。

【００６９】本発明の半導体モジュール装置の他の例を
図１３に示す。半導体モジュール装置５３においては、
キャップ１３の突出部１４は導電性であり、マザーボー
ド基板１８のグラウンドと接続されている。このような
構造において、キャップ１３は、モジュール内部のほか
にモジュール外部接続部分に対してシールド機能を有す
る。すなわち、キャップに突出部が形成されていない場
合と比較して、他のモジュール間でのカップリング量Ｃ
_I を低減することができる。このため、マザーボード基
板上の半導体モジュールを近接して配置することが可能
となり、高密度で実装することができる。

【００７０】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
高信頼性・高放熱性を有する、小形・軽量の表面実装型
半導体モジュールを提供することができる。しかも、製
造工程を増加させることなく、低コストで製造すること
ができ、かかる半導体モジュールは、情報通信機器用と
して特に有効であり、その工業的価値は絶大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体モジュールの一実施例を示す斜
視図。

【図２】本発明の半導体モジュールの一実施例を示す断
面図。

【図３】本発明の半導体モジュールの一実施例を示す断
面図。

【図４】本発明の半導体モジュールに使用され得るモジ
ュール基板の一例を示す平面図。

【図５】本発明の半導体モジュール装置の一実施例を示
す断面図。

【図６】本発明の半導体モジュールの他の実施例を示す
斜視図。

【図７】本発明の半導体モジュールの他の実施例を示す
斜視図。

【図８】本発明の半導体モジュールの他の実施例を示す
斜視図。

【図９】本発明の半導体モジュール装置の他の実施例を
示す断面図。

【図１０】本発明のシミュレーションに用いられた半導
体モジュールを示す底面図。

【図１１】本発明のシミュレーションに用いられた半導
体モジュールを示す底面図。

【図１２】本発明のシミュレーションに用いられた半導
体モジュールを示す部分拡大底面図。

【図１３】本発明のシミュレーションに用いられた半導
体モジュールを示す部分断面図。

【図１４】従来の半導体モジュール装置を示す断面図。

【図１５】従来の半導体モジュール装置を示す断面図。

【符号の説明】

１０…半導体モジュール，１１…モジュール基板，１２
…メタルパターン １３…キャップ，１４…突出部，１５…半導体チップ，
１６…受動部品 １７…ヴィア，１８…マザーボード，１９…ＬＧＡ電極
の接続部分 ２０…半導体モジュール装置，２１…半導体モジュー
ル，２２…キャップ ２３…爪状突起，２５…半導体モジュール，２６…モジ
ュール基板 ２７…ノッチ電極，２８…キャップ，２９…爪状突起 ３１…半導体モジュール装置，３２…キャップ，３３…
突出部 ３４…爪状突起，３５…マザーボード，３６…ＬＧＡ電
極の接続部分 ３７…マザーボードの凹部，３９…モジュール基板 ４０…電極用メタルパターン，４１…モジュール外部接
続用メタルパターン ４２…モジュール外部接続用メタルパターン ４３…モジュール外部接続用メタルパターン，４４…キ
ャップ ４５…ヴィアホール，４７…モジュール基板，４８…は
んだバンプ ４９…半導体チップ，５０…キャップ，５１…マザーボ
ード基板 ５３…半導体モジュール装置，５５…キャップ，５６…
突出部 ６０…半導体モジュール装置，６１…モジュール基板，
６２…メタルパターン ６３…キャップ，６４…半導体素子，６５…受動部品，
６６…ヴィアホール ６７…ノッチ型電極，６８…ノッチ型電極の接続部分 ６９…マザーボード基板，７０…半導体モジュール装置 ７１…モジュール基板，７２…メタルパターン，７３…
キャップ ７４…半導体素子，７５…受動部品，７６…ヴィアホー
ル ７７…マザーボード基板，７８…ＬＧＡ電極の接続部
分。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モジュール基板、前記モジュール基板の
   表面に実装された半導体素子、および前記半導体素子が
   実装された基板の表面を覆うキャップを具備し、 前記キャップは、モジュール基板の一対の対向する側面
   において、前記基板の裏面を越えるように形成された突
   出部を有することを特徴とする半導体モジュール。
2. 【請求項２】 表面に半導体素子が実装された第１の基
   板と、この基板の表面を覆うように設けられたキャップ
   とを具備する半導体モジュール、およびこの半導体モジ
   ュールを実装するための第２の基板を含み、 前記キャップは、前記第１の基板の一対の対向する側面
   において、前記第１の基板の裏面を越えるように形成さ
   れた突出部を有し、この突出部が前記第２の基板と接触
   していることを特徴とする半導体モジュール装置。