WO2018088293A1 - 電子部品及び三端子コンデンサ - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to an electronic component including a three-terminal capacitor and a three-terminal capacitor.
  • a semiconductor device in which a semiconductor chip is flip-chip mounted on an upper surface of a wiring board, for example, a resin interposer is known.
  • Discrete components such as capacitors, resistors, and inductors are mounted on the back surface of the interposer (Patent Document 1).
  • the discrete component is disposed in an area overlapping with the semiconductor chip, and is connected to the semiconductor chip through a through hole or wiring in the interposer. With this arrangement, the inductance of the connection path between the semiconductor chip and the discrete component can be reduced.
  • a plurality of electrodes (lands) are disposed on the back surface of the interposer where no discrete components are disposed, and external connection terminals (for example, solder bumps) are disposed on the plurality of electrodes, respectively.
  • the interposer is mounted on another substrate, such as a motherboard, via solder bumps provided on the back surface thereof.
  • Discrete parts mounted on the back surface of the interposer are disposed between the interposer and the motherboard.
  • a plurality of discrete components mounted on the back surface of the interposer includes a decoupling capacitor.
  • the motherboard 10 includes a plurality of ground lands 11G, a plurality of hot lands 11H, and a plurality of other lands 11R provided on the mounting surface.
  • a decoupling capacitor 15 is mounted on the back surface opposite to the mounting surface of the motherboard 10.
  • a ground side terminal 16G of the decoupling capacitor 15 is connected to at least one ground side land 11G via a ground wiring 17G in the motherboard 10.
  • the ground wiring 17G includes a ground plane disposed in the mother board 10 and an interlayer connection via.
  • a hot-side terminal 16H of the decoupling capacitor 15 is connected to at least one hot-side land 11H through a power supply wiring 17H in the mother board 10.
  • the power supply wiring 17H is composed of a power supply plane disposed in the mother board 10 and an interlayer connection via.
  • the resonance frequency f2 of the current path 61 is lower than the resonance frequency f1 of the current path 60.
  • the electronic component according to the first embodiment Since the inductance component of the current path 61 of the electronic component according to the first embodiment (FIG. 5A) is smaller than the inductance component of the current path 61 of the electronic component according to the comparative example (FIG. 5B), the electronic component according to the first embodiment
  • the resonance frequency f3 of the current path 61 is higher than the resonance frequency f2 of the current path 61 of the electronic component according to the comparative example. Therefore, by adopting the configuration of the first embodiment, the loop impedance of the current path 61 can be lowered in a frequency region higher than the resonance frequency f2, as indicated by a broken line in FIG. Thereby, the reduction effect of the high frequency noise which flows into a ground wiring and a power supply wiring can be heightened.
  • the three-terminal capacitor 50 and the semiconductor chip 30 are arranged so that the three-terminal capacitor 50 is included in the semiconductor chip 30 in plan view. Further, in plan view, the ground side terminal 31G of the semiconductor chip 30 and the ground side land 21G connected to the three-terminal capacitor 50 overlap, and the hot side terminal 31H of the semiconductor chip 30 and the hot side connected to the three-terminal capacitor 50 are overlapped. More preferably, the three-terminal capacitor 50 and the semiconductor chip 30 are arranged so that the land 21H overlaps.
  • the decoupling capacitor 15 and the semiconductor chip 30 it is preferable to dispose the decoupling capacitor 15 and the semiconductor chip 30 so that the decoupling capacitor 15 is included in the semiconductor chip 30 in plan view. Furthermore, it is preferable to arrange the three-terminal capacitor 50 and the decoupling capacitor 15 so that the three-terminal capacitor 50 and the decoupling capacitor 15 at least partially overlap each other.
  • the solder bumps 40G and 40H (FIG. 2B) can be easily mounted on the three-terminal capacitor 50, compared to the case where corners are left at the four corners. Further, the three-terminal capacitor 50 can be mounted in the process of mounting the interposer 20 on the mother board 10 using the flip chip bonding technique.
  • the three-terminal capacitor 50 (FIG. 2A) on which no solder bumps are mounted may be placed at a predetermined position and reflow processing may be performed.
  • FIG. 7A is a cross-sectional view of an electronic component according to the second embodiment
  • FIG. 7B is an equivalent circuit diagram showing a connection configuration of the three-terminal capacitor 50, the motherboard 10, and the interposer 20.
  • One ground-side external electrode 51G of the three-terminal capacitor 50 is connected to the ground-side land 11G of the motherboard 10 via the solder bump 40G
  • the other ground-side external electrode 51G is connected to the ground-side land 21G of the interposer 20 and the other. They are connected via solder bumps 40G.
  • one hot side external electrode 51H of the three-terminal capacitor 50 is connected to the hot side land 11H of the motherboard 10 via the solder bump 40H, and the other hot side external electrode 51H is the hot side land 21H of the interposer 20. Are connected via other solder bumps 40H.
  • FIG. 8A is a perspective view of a three-terminal capacitor used in the electronic component according to the third embodiment.
  • the four corners of the three-terminal capacitor 50 (FIG. 2A) are chamfered.
  • the three-terminal capacitor 50 has a substantially rectangular parallelepiped shape.
  • External electrodes are respectively formed in four regions including four corners of the three-terminal capacitor 50 in plan view.
  • the ground-side external electrode 51G is disposed in two regions having a diagonal relationship with each other, and the hot-side external electrode 51H is disposed in two regions having a diagonal relationship with each other.
  • Each of the two ground-side external electrodes 51G and the two hot-side external electrodes 51H reaches a partial region on the top surface through a partial region on the two side surfaces from a partial region on the bottom surface of the three-terminal capacitor 50. .
  • solder bumps are formed between the ground side external electrode 51G and the hot side external electrode 51H formed on the upper surface of the three-terminal capacitor 50 and the interposer 20 (FIG. 1).
  • Another solder bump is arranged between the ground side external electrode 51G and the hot side external electrode 51H formed on the bottom surface of the three-terminal capacitor 50 and the mother board 10 (FIG. 1).
  • the solder bump contacting the three-terminal capacitor 50 is smaller than the solder bump disposed between the motherboard 10 and the interposer 20 without contacting the three-terminal capacitor 50.
  • the electronic apparatus according to the third embodiment can also enhance the effect of reducing high-frequency noise flowing in the ground wiring and the power supply wiring, similarly to the electronic apparatus of the first embodiment.
  • the electronic component according to the fourth embodiment has the same structure as the electronic component according to the first embodiment. That is, the electronic component according to the fourth embodiment includes a mother board (first wiring board) 10, an interposer (second wiring board) 20, a semiconductor chip 30, and a three-terminal capacitor 50 (FIG. 1). In the fourth embodiment, a preferable value of the thermal expansion coefficient of the three-terminal capacitor 50 is clarified.
  • the thermal stress generated in the three-terminal capacitor 50 can be reduced by setting the thermal expansion coefficient ⁇ of the three-terminal capacitor 50 as described above. As a result, an effect that cracks are hardly generated in the three-terminal capacitor 50 is obtained.
  • the three-terminal capacitor 50 is susceptible to thermal expansion of the motherboard 10 and the interposer 20 that are spatially closer. For this reason, it is preferable that the thermal expansion coefficient ⁇ of the three-terminal capacitor 50 is made closer to the thermal expansion coefficient of the motherboard 10 and the interposer 20 which are spatially closer.

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Abstract

第1基板の実装面に第1グランド(G)ランド及び第1ホット(H)ランドが設けられている。第2基板の第1の面に半導体チップが実装され、第2の面に第1Gランド及び第1Hランドが設けられており、第2基板は第2の面を第1基板の実装面に対向させている。第1基板と第2基板との間に三端子コンデンサが配置される。第1基板の第1Gランドと三端子コンデンサの第1G電極とがはんだバンプを介して接続され、第1基板の第1Hランドと三端子コンデンサの第1H電極とがはんだバンプを介して接続され、第2基板の第1Gランドと三端子コンデンサの第2G電極とがはんだバンプを介して接続され、第2基板の第1Hランドと三端子コンデンサの第2H電極とがはんだバンプを介して接続されている。

Description

電子部品及び三端子コンデンサ
 本発明は、三端子コンデンサを含む電子部品及び三端子コンデンサに関する。
 配線基板、例えば樹脂インターポーザの上面に半導体チップをフリップチップ実装した半導体装置が公知である。インターポーザの裏面に容量、抵抗、インダクタ等のディスクリート部品が搭載される(特許文献1)。ディスクリート部品は半導体チップと重なる領域に配置されており、インターポーザ内のスルーホールや配線を介して半導体チップに接続される。このような配置にすることにより、半導体チップとディスクリート部品との接続経路のインダクタンスを小さくすることができる。また、インターポーザの裏面の、ディスクリート部品が配置されていない領域に、複数の電極(ランド)が配置されており、複数の電極にそれぞれ外部接続端子(例えばはんだバンプ)が配置されている。
特開2015-50384号公報
 インターポーザは、その裏面に設けられたはんだバンプを介して他の基板、例えばマザーボードに実装される。インターポーザの裏面に搭載されたディスクリート部品は、インターポーザとマザーボードとの間に配置されることになる。インターポーザの裏面に搭載された複数のディスクリート部品にはデカップリングコンデンサが含まれる。
 インターポーザの裏面に搭載されたデカップリングコンデンサのみでは、半導体チップのグランド端子とホット端子とに発生する高周波ノイズの十分な低減効果が得られない場合がある。半導体トップとマザーボードに搭載されたデカップリングコンデンサとを接続することにより、高周波ノイズの低減効果を高めることができる。
 本発明の目的は、第1の配線基板(マザーボード等)に実装された第2の配線基板(インターポーザ等)付きの半導体チップと、第1の配線基板との新たな接続構造を有する電子部品を提供することである。本発明の他の目的は、この電子部品に適用可能な三端子コンデンサを提供することである。
 本発明の第1の観点による電子部品は、
 実装面に設けられた第1のグランド側ランド及び第1のホット側ランドを含む第1の配線基板と、
 第1の面に半導体チップを実装し、反対側の第2の面に設けられた第1のグランド側ランド及び第1のホット側ランドを含み、前記第2の面を前記第1の配線基板の前記実装面に対向させた姿勢で前記第1の配線基板に実装された第2の配線基板と、
 前記第1の配線基板と前記第2の配線基板との間に配置され、第1のグランド側外部電極、第2のグランド側外部電極、第1のホット側外部電極、及び第2のホット側外部電極とを含む三端子コンデンサと
を有し、
 前記第1の配線基板の第1のグランド側ランドと前記三端子コンデンサの第1のグランド側外部電極とがはんだバンプを介して接続され、
 前記第1の配線基板の第1のホット側ランドと前記三端子コンデンサの第1のホット側外部電極とがはんだバンプを介して接続され、
 前記第2の配線基板の第1のグランド側ランドと前記三端子コンデンサの第2のグランド側外部電極とがはんだバンプを介して接続され、
 前記第2の配線基板の第1のホット側ランドと前記三端子コンデンサの第2のホット側外部電極とがはんだバンプを介して接続されている。
 三端子コンデンサ50に接続された第1の配線基板の第1のグランド側ランドと第2の配線基板の第1のグランド側ランドとの間に電流経路が形成され、三端子コンデンサ50に接続された第1の配線基板の第1のホット側ランドと第2の配線基板の第1のホット側ランドとの間にも、電流経路が形成される。これらの電流経路を介して、半導体チップと、第1の配線基板の第1のグランド側ランド及び第1のホット側ランドとを接続することができる。
 本発明の第2の観点による電子部品においては、第1の観点による電子部品の構成に加えて、
 前記第1の配線基板は、前記実装面に設けられた第2のグランド側ランド及び第2のホット側ランドを含み、
 前記第2の配線基板は、前記第2の面に設けられた第2のグランド側ランド及び第2のホット側ランドを含み、
 前記第1の配線基板の第2のグランド側ランドと前記三端子コンデンサの第2のグランド側外部電極とがはんだバンプを介して接続され、
 前記第1の配線基板の第2のホット側ランドと前記三端子コンデンサの第2のホット側外部電極とがはんだバンプを介して接続され、
 前記第2の配線基板の第2のグランド側ランドと前記三端子コンデンサの第1のグランド側外部電極とがはんだバンプを介して接続され、
 前記第2の配線基板の第2のホット側ランドと前記三端子コンデンサの第1のホット側外部電極とがはんだバンプを介して接続されている。
 三端子コンデンサの第1のグランド側外部電極に接続されているはんだバンプにより、第1の配線基板の第1のグランド側ランドと第2の配線基板の第2のグランド側ランドとが接続される。三端子コンデンサの第2のグランド側外部電極に接続されているはんだバンプにより、第1の配線基板の第2のグランド側ランドと第2の配線基板の第1のグランド側ランドとが接続される。三端子コンデンサの第1のホット側外部電極に接続されているはんだバンプにより、第1の配線基板の第1のホット側ランドと第2の配線基板の第2のホット側ランドとが接続される。三端子コンデンサの第2のホット側外部電極に接続されているはんだバンプにより、第1の配線基板の第2のホット側ランドと第2の配線基板の第1のホット側ランドとが接続される。これにより、第1の配線基板と第2の配線基板との間に、新たな電流経路が形成される。
 本発明の第3の観点による電子部品においては、第1及び第2の観点による電子部品の構成に加えて、
 前記三端子コンデンサは、四角形の4つの角が面取りされた平面形状を有し、4つの面取りされた端面がバンプの表面に整合する形状を有する。
 三端子コンデンサとはんだバンプとを容易に接続することができる。
 本発明の第4の観点による電子部品においては、第1乃至第3の観点による電子部品の構成に加えて、
 前記第1の配線基板は、前記実装面に設けられた第3のグランド側ランド及び第3のホット側ランドを含み、
 前記第2の配線基板は、前記第2の面に設けられた第3のグランド側ランド及び第3のホット側ランドを含み、
 前記第1の配線基板の第3のグランド側ランドと前記第2の配線基板の第3のグランド側ランドとが、前記三端子コンデンサに接続されることなくはんだバンプを介して接続されており、前記第1の配線基板の第3のホット側ランドと前記第2の配線基板の第3のホット側ランドとが、前記三端子コンデンサに接続されることなくはんだバンプを介して接続されており、
 前記第2の配線基板の第1のグランド側ランドと第1のホット側ランド、及び前記第1の配線基板の第1のグランド側ランドと第1のホット側ランドの各々の大きさは、前記第2の配線基板の第3のグランド側ランドと第3のホット側ランド、及び前記第1の配線基板の第3のグランド側ランドと第3のホット側ランドの各々の大きさと異なっている。
 ランドの大きさを異ならせることにより、三端子コンデンサが接続されたはんだバンプと、三端子コンデンサが接続されていないはんだバンプとの体積を最適化することが可能になる。
 本発明の第5の観点による電子部品においては、第1乃至第4の観点による電子部品の構成に加えて、
 前記三端子コンデンサは、誘電体層を隔てて対向するグランド側内部電極とホット側内部電極とを含み、前記グランド側内部電極と前記ホット側内部電極との隔たる方向は、前記第1の配線基板と前記第2の配線基板との隔たる方向と平行である。
 三端子コンデンサの姿勢を上述のようにすることにより、第1の配線基板と第2の配線基板との間の狭い間隙にも、三端子コンデンサを配置することが可能になる。
 本発明の第6の観点による電子部品は、第1乃至第5の観点による電子部品の構成に加えて、
 さらに、前記第1の配線基板の前記実装面とは反対側の裏面に搭載されたデカップリングコンデンサを有し、
 前記デカップリングコンデンサは、前記第1の配線基板の第1のグランド側ランド及び第1のホット側ランドに接続されている。
 半導体チップとデカップリングコンデンサとを接続することにより、高周波ノイズの低減効果を高めることができる。
 本発明の第7の観点による電子部品は、第1乃至第6の観点による電子部品の構成に加えて、
 前記第1の配線基板の熱膨張係数と、前記第2の配線基板の熱膨張係数との大きい方の熱膨張係数に10ppm/Kを加えた値以下であって、小さい方の熱膨張係数から10ppm/Kを減じた値以上であるという特徴を有する。
 三端子コンデンサに、熱応力に起因するクラックが発生しにくくなるという効果が得られる。
 本発明の第8の観点による電子部品は、第7の観点による電子部品の構成に加えて、
 前記三端子コンデンサ、前記第1の配線基板、及び前記第2の配線基板の熱膨張係数をそれぞれα、α、αで表し、前記第1の配線基板の表面から前記三端子コンデンサの中心までの高さ、及び前記第2の配線基板の表面から前記三端子コンデンサの中心までの高さを、それぞれH、Hで表した時、熱膨張係数αは、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
で表される範囲内の値であるという特徴を有する。
 三端子コンデンサに、熱応力に起因するクラックがより発生しにくくなるという効果が得られる。
 本発明の第9の観点による三端子コンデンサは、
 四角形の4つの角が面取りされた平面形状を有し、4つの面取りされた端面の各々にグランド側外部電極またはホット側外部電極が形成されている。
 四角形の4つの面取りされた角部に、はんだバンプを容易に実装することができる。
 三端子コンデンサ50に接続された第1の配線基板のグランド側ランドと第2の配線基板のグランド側ランドとの間に電流経路が形成され、三端子コンデンサ50に接続された第1の配線基板のホット側ランドと第2の配線基板のホット側ランドとの間にも、電流経路が形成される。これらの電流経路を介して、半導体チップと、第1の配線基板のグランド側ランド及びホット側ランドとを接続することができる。
図1は、第1の実施例による電子部品の断面図である。 図2Aは、第1の実施例による電子部品に用いられている三端子コンデンサの斜視図であり、図2Bは、三端子コンデンサ及びはんだバンプの平面図である。 図3Aは、三端子コンデンサの内部電極の構造を示す分解斜視図であり、図3Bは、マザーボード10、インターポーザ20、及び三端子コンデンサ50の接続構成を示す等価回路図である。 図4は、マザーボード及びインターポーザに設けられたランドの配置を示す平面図である。 図5Aは、第1の実施例による電子部品の断面図であり、図5Bは、比較例による電子部品の断面図である。 図6は、半導体チップとデカップリングコンデンサとを接続する電流経路のループインピーダンスの一例を示すグラフである。 図7Aは、第2の実施例による電子部品の断面図であり、図7Bは、三端子コンデンサ、マザーボード、及びインターポーザの接続構成を示す等価回路図である。 図8Aは、第3の実施例による電子部品に用いられる三端子コンデンサの斜視図であり、図8Bは、三端子コンデンサの内部電極の構造を示す分解斜視図である。 図9は、第4の実施例による電子部品の部分断面図である。
 [第1の実施例]
 図1から図6までの各図面を参照して第1の実施例による電子部品について説明する。
 図1は、第1の実施例による電子部品の断面図である。第1の実施例による電子部品は、マザーボード(第1の配線基板)10、インターポーザ(第2の配線基板)20、及び半導体チップ30を含む。
 マザーボード10は、実装面に設けられた複数のグランド側ランド11G、複数のホット側ランド11H、及び複数の他のランド11Rを含む。マザーボード10の実装面とは反対側の裏面にデカップリングコンデンサ15が搭載されている。デカップリングコンデンサ15のグランド側端子16Gが、マザーボード10内のグランド配線17Gを介して少なくとも1つのグランド側ランド11Gに接続されている。グランド配線17Gは、マザーボード10内に配置されたグランドプレーンと層間接続ビアとで構成される。デカップリングコンデンサ15のホット側端子16Hが、マザーボード10内の電源配線17Hを介して少なくとも1つのホット側ランド11Hに接続されている。電源配線17Hは、マザーボード10内に配置された電源プレーンと層間接続ビアとで構成される。
 インターポーザ20の第1の面201に半導体チップ30が実装されている。半導体チップ30の実装には、例えばフリップチップボンディングが用いられる。インターポーザ20は、第1の面201とは反対側の第2の面202に設けられた複数のグランド側ランド21G、複数のホット側ランド21H、及び複数の他のランド21Rを含む。
 少なくとも1つのグランド側ランド21Gは、インターポーザ20内に配置されたグランド配線27Gを介して半導体チップ30のグランド側端子31Gに接続されている。少なくとも1つのホット側ランド21Hは、インターポーザ20内に配置された電源配線27Hを介して半導体チップ30のホット側端子31Hに接続されている。インターポーザ20は第2の面202をマザーボード10に対向させた姿勢でマザーボード10に実装されている。
 マザーボード10の複数のグランド側ランド11Gと、インターポーザ20の複数のグランド側ランド21Gとが、それぞれグランド用のはんだバンプ40Gを介して相互に接続されている。マザーボード10の複数のホット側ランド11Hと、インターポーザ20の複数のホット側ランド21Hとが、それぞれホット用のはんだバンプ40Hを介して相互に接続されている。マザーボード10の複数の他のランド11Rと、インターポーザ20の複数の他のランド21Rとが、それぞれはんだバンプ40Rを介して相互に接続されている。
 マザーボード10とインターポーザ20との間の空間に三端子コンデンサ50が配置されている。三端子コンデンサ50は、少なくとも2つのグランド側外部電極と少なくとも2つのホット側外部電極とを含む。三端子コンデンサ50は、その端面において2つのグランド用のはんだバンプ40G及び2つのホット用のはんだバンプ40Hに接触している。図1では、三端子コンデンサ50に接続された1つのグランド用のはんだバンプ40G及び1つのホット用のはんだバンプ40Hが示されている。
 マザーボード10の1つのグランド側ランド11G及び1つのホット側ランド11Hがそれぞれ三端子コンデンサ50の1つのグランド側外部電極及び1つのホット側外部電極に接続されている。さらに、インターポーザ20の1つのグランド側ランド21G及び1つのホット側ランド21Hがそれぞれ三端子コンデンサ50の1つのグランド側外部電極及び1つのホット側外部電極に接続されている。マザーボード10とインターポーザ20と三端子コンデンサ50との接続構造については、後に図2A、図2B、図3A、図3Bを参照して詳細に説明する。
 図2Aは、三端子コンデンサ50の斜視図である。三端子コンデンサ50は、平面形状の縦方向及び横方向の寸法よりも高さ方向の寸法が小さい外形を有する。また、三端子コンデンサ50は、四角形の4つの角が面取りされた平面形状を有する。4つの角に対応する面取りされた端面に、それぞれ2つのグランド側外部電極51G及び2つのホット側外部電極51Hが形成されている。2つのグランド側外部電極51Gは、相互に対角の関係を持つ箇所に形成され、2つのホット側外部電極51Hも、相互に対角の関係を持つ箇所に形成されている。
 図2Bは、三端子コンデンサ50及びはんだバンプの平面図である。三端子コンデンサ50の2つのグランド側外部電極51Gに、それぞれグランド用のはんだバンプ40Gが実装されており、2つのホット側外部電極51Hに、それぞれホット用のはんだバンプ40Hが実装されている。三端子コンデンサ50の面取りされた端面は、はんだバンプ40Gまたは40Hの表面に整合する形状を有する。
 図3Aは、三端子コンデンサ50の内部電極の構造を示す分解斜視図である。三端子コンデンサ50は、積層された複数の誘電体層53を含む。誘電体層53には、例えばセラミックを用いることができる。各誘電体層53には、グランド側内部電極54Gまたはホット側内部電極54Hとなる導体パターンが印刷されている。グランド側内部電極54Gが設けられた誘電体層53と、ホット側内部電極54Hが設けられた誘電体層53とが交互に積層されている。
 グランド側内部電極54Gは、グランド側外部電極51G(図2A)が形成された端面まで延びる延長部を含み、延長部の先端においてグランド側外部電極51G(図2A)に接続されている。同様に、ホット側内部電極54Hは、ホット側外部電極51H(図2A)が形成された端面まで延びる延長部を含み、延長部の先端においてホット側外部電極51H(図2A)に接続されている。
 三端子コンデンサ50(図1)は、グランド側内部電極54Gとホット側内部電極54Hとの隔たる方向(図3Aにおいて上下方向)が、マザーボード10とインターポーザ20との隔たる方向と平行になる姿勢で、マザーボード10及びインターポーザ20に搭載されている。
 三端子コンデンサ50として、積層セラミックコンデンサの他に、シリコンベースのコンデンサを用いることも可能である。
 図3Bは、マザーボード10、インターポーザ20、及び三端子コンデンサ50の接続構成を示す等価回路図である。マザーボード10の1つのグランド側ランド11G、三端子コンデンサ50の1つのグランド側外部電極51G、及びインターポーザ20の1つのグランド側ランド21Gが相互にはんだバンプで接続されておる。マザーボード10の他の1つのグランド側ランド11G、三端子コンデンサ50の他の1つのグランド側外部電極51G、及びインターポーザ20の他の1つのグランド側ランド21Gが相互に他のはんだバンプで接続されている。マザーボード10の1つのホット側ランド11H、三端子コンデンサ50の1つのホット側外部電極51H、及びインターポーザ20の1つのホット側ランド21Hが相互にさらに他のはんだバンプで接続されている。マザーボード10の他の1つのホット側ランド11H、三端子コンデンサ50の他の1つのホット側外部電極51H、及びインターポーザ20の他の1つのホット側ランド21Hが相互にさらに他のはんだバンプで接続されている。
 図4は、マザーボード10及びインターポーザ20に設けられた複数のランドの配置を示す平面図である。複数のランドが正方格子の交差箇所に相当する位置に配置されている。半導体チップ30(図1)の直下に三端子コンデンサ50が配置される。図4では、4つの三端子コンデンサ50が配置された例を示している。1つの三端子コンデンサ50は、複数のランドで構成される正方格子の1つの単位格子の大きさにほぼ等しい。1つの単位格子の一対の対角の位置の各々に、グランド側ランド11G及び21Gが配置され、他の一対の対角の位置の各々に、ホット側ランド11H及び21Hが配置されている。
 複数の三端子コンデンサ50が配置された領域の周囲に、三端子コンデンサ50に接続されていないグランド側ランド11G及び21G、ホット側ランド11H及び21H、及び複数の他のランド11R及び21Rが配置されている。三端子コンデンサ50に接続されているグランド側ランド11G及び21Gとホット側ランド11H及び21Hの各々の大きさは、三端子コンデンサに接続されていないグランド側ランド11G及び21G、ホット側ランド11H及び21H、並びにその他のランド11R及び21Rの各々の大きさと異なっている。これにより、三端子コンデンサ50に接続されているはんだバンプ40G及び40H(図1)の体積を、三端子コンデンサ50に接続されていないはんだバンプ40G、40H及び40Rの体積と異ならせて最適化することができる。
 これらのランドの大きさは、マザーボード10とインターポーザ20との間隔、三端子コンデンサ50の大きさ等に依存する。これらのランドの最適な大きさは、評価実験を繰り返すことにより決定することができる。
 次に、図5A、図5B、及び図6を参照して、第1の実施例の優れた効果について説明する。
 図5Aは、第1の実施例による電子部品の断面図であり、図5Bは、比較例による電子部品の断面図である。
 図5Aに示すように、第1の実施例による電子部品においては、三端子コンデンサ50に接続されたグランド側のはんだバンプ40Gにより、マザーボード10のグランド側ランド11Gとインターポーザ20のグランド側ランド21Gとが接続されている。同様に、三端子コンデンサ50に接続されたホット側のはんだバンプ40Hにより、マザーボード10のホット側ランド11Hとインターポーザ20のホット側ランド21Hとが接続されている。
 図5Bに示した比較例では、マザーボード10とインターポーザ20との間に配置された三端子コンデンサ50が、インターポーザ20のグランド側ランド21G及びホット側ランド21Hに接続されているが、マザーボード10のランドには接続されていない。
 第1の実施例及び比較例のいずれにおいても、マザーボード10の裏面の、三端子コンデンサ50のほぼ直下にデカップリングコンデンサ15が配置されている。
 半導体チップ30のホット側端子31Hから三端子コンデンサ50を経由してグランド側端子31Gに戻る電流経路60、及びホット側端子31Hからデカップリングコンデンサ15を経由してグランド側端子31Gに戻る電流経路61が形成される。半導体チップ30で発生した高周波ノイズが電流経路60及び61を流れることにより、マザーボード10及びインターポーザ20内のグランド配線及び電源配線へのノイズの流出を抑制することができる。
 第1の実施例による電子部品(図5A)においては、三端子コンデンサ50に接続されたはんだバンプ40G及び40Hを通る電流経路61が形成される。ところが、比較例による電子部品(図5B)においては、三端子コンデンサ50に接続されたはんだバンプを通ってマザーボード10からインターポーザ20に、またはその逆方向に流れる電流の経路が形成されない。比較例においては、電流経路61が、三端子コンデンサ50が配置された領域の周囲のグランド側のはんだバンプ40G及びホット側のはんだバンプ40Hを含むように形成されるため、比較例による電子部品の電流経路61は、第1の実施例による電子部品の電流経路61より長くなる。電流経路61が長くなると、電流経路61のインダクタンス成分が大きくなってしまう。言い換えると、第1の実施例による電子部品においては、比較例による電子部品と比べて、電流経路61のインダクタンス成分を小さくすることができる。その結果、電流経路61のループインピーダンスを小さくすることができる。
 図6は、電流経路60及び電流経路61のループインピーダンスの一例を示すグラフである。横軸は周波数を表し、縦軸はインピーダンスを表す。実線L60及びL61は、それぞれ比較例による電子部品(図5B)の電流経路60及び61のループインピーダンスを示す。
 電流経路60及び61のいずれにおいても、電流経路60の共振周波数f1より低い周波数域及び電流経路61の共振周波数f2より低い周波数域では容量成分が支配的になり、周波数が高くなるに従ってループインピーダンスが低下する。共振周波数f1より高い周波数域及び共振周波数f2より高い周波数域ではインダクタンス成分が支配的になり、周波数が高くなるにしたがってループインピーダンスが上昇する。
 一般的に、マザーボード10に搭載されるデカップリングコンデンサ15は、三端子コンデンサ50よりも大きなキャパシタンスを持つため、電流経路61の共振周波数f2が、電流経路60の共振周波数f1より低い。
 第1の実施例による電子部品(図5A)の電流経路61のインダクタンス成分が、比較例による電子部品(図5B)の電流経路61のインダクタンス成分より小さいため、第1の実施例による電子部品の電流経路61の共振周波数f3は、比較例による電子部品の電流経路61の共振周波数f2より高い。このため、第1の実施例の構成を採用することにより、図6に破線で示すように、共振周波数f2より高い周波数域において、電流経路61のループインピーダンスを低くすることができる。これにより、グランド配線及び電源配線に流れる高周波ノイズの低減効果を高めることができる。
 電流経路60(図5A)を短くするために、平面視において三端子コンデンサ50が半導体チップ30に内包されるように、三端子コンデンサ50と半導体チップ30とを配置することが好ましい。さらに、平面視において、半導体チップ30のグランド側端子31Gと三端子コンデンサ50に接続されたグランド側ランド21Gとが重なり、半導体チップ30のホット側端子31Hと三端子コンデンサ50に接続されたホット側ランド21Hとが重なるように、三端子コンデンサ50と半導体チップ30とを配置することがより好ましい。
 電流経路61(図5A)を短くするために、平面視においてデカップリングコンデンサ15が半導体チップ30に内包されるように、デカップリングコンデンサ15と半導体チップ30とを配置することが好ましい。さらに、三端子コンデンサ50とデカップリングコンデンサ15とが少なくとも部分的に重なるように、三端子コンデンサ50とデカップリングコンデンサ15とを配置することが好ましい。
 第1の実施例による電子部品に搭載される三端子コンデンサ50は、グランド側内部電極54Gとホット側内部電極54H(図3A)の積層方向(高さ方向)の寸法が、それに直交する2方向の寸法より小さい。グランド側内部電極54Gとホット側内部電極54Hとが隔たる方向(高さ方向)を、マザーボード10とインターポーザ20とが隔たる方向に対して平行にすることにより、マザーボード10とインターポーザ20との間隔を狭くすることができる。
 三端子コンデンサ50の四隅を面取りしているため、四隅に角が残されている場合に比べて、はんだバンプ40G及び40H(図2B)を三端子コンデンサ50に容易に実装することができる。また、インターポーザ20をマザーボード10にフリップチップボンディング技術を用いて実装する工程において、三端子コンデンサ50を実装することができる。
 例えば、マザーボード10及びインターポーザ20の一方のランドにはんだバンプをスクリーン印刷等により形成する。このとき、三端子コンデンサ50に接続されるグランド側ランド及びホット側ランドにははんだバンプを形成しない。リフロー処理前に、はんだバンプ40G及び40H(図2B)が実装された三端子コンデンサ50を所定の位置に載置する。その後リフロー処理を行うことにより、マザーボード10及びインターポーザ20の一方に、はんだバンプと三端子コンデンサ50とを実装することができる。
 また、すべてのランドにはんだバンプを形成した後、はんだバンプが実装されていない三端子コンデンサ50(図2A)を所定の位置に配置し、リフロー処理を行ってもよい。
 [第2の実施例]
 次に、図7A及び図7Bを参照して、第2の実施例による電子部品について説明する。以下、第1の実施例による電子部品との共通の構成については説明を省略する。第1の実施例では、三端子コンデンサ50のグランド側内部電極54Gとホット側内部電極54H(図3A)との隔たる方向が、マザーボード10とインターポーザ20との隔たる方向と平行であったが、第2の実施例では、この2つの方向が相互に直交する。
 図7Aは、第2の実施例による電子部品の断面図であり、図7Bは、三端子コンデンサ50、マザーボード10、及びインターポーザ20の接続構成を示す等価回路図である。三端子コンデンサ50の一方のグランド側外部電極51Gがマザーボード10のグランド側ランド11Gにはんだバンプ40Gを介して接続されており、他方のグランド側外部電極51Gがインターポーザ20のグランド側ランド21Gに他のはんだバンプ40Gを介して接続されている。同様に、三端子コンデンサ50の一方のホット側外部電極51Hがマザーボード10のホット側ランド11Hにはんだバンプ40Hを介して接続されており、他方のホット側外部電極51Hがインターポーザ20のホット側ランド21Hに他のはんだバンプ40Hを介して接続されている。
 三端子コンデンサ50の一方のグランド側外部電極51Gからグランド側内部電極54G(図3A)を通って他方のグランド側外部電極51Gに至る経路、及び一方のホット側外部電極51Hからホット側内部電極54H(図3A)を通って他方のホット側外部電極51Hに至る経路が、半導体チップ30のホット側端子31Hからデカップリングコンデンサ15を通ってグランド側端子31Gに戻る電流経路61の一部を構成する。すなわち、この電流経路61を流れる高周波ノイズは、必ず三端子コンデンサ50のグランド側内部電極54G及びホット側内部電極54Hを通過する。
 第2の実施例においても、第1の実施例と同様に、マザーボード10に搭載されたデカップリングコンデンサ15を通る電流経路61のループインピーダンスを低減させることができる。これにより、グランド配線及び電源配線に現れる高周波ノイズの低減効果を高めることができる。
 [第3の実施例]
 次に、図8A及び図8Bを参照して、第3の実施例による電子部品について説明する。以下、第1の実施例による電子部品との共通の構成については説明を省略する。
 図8Aは、第3の実施例による電子部品に用いられる三端子コンデンサの斜視図である。第1の実施例では、三端子コンデンサ50(図2A)の4つの角が面取りされていたが、第3の実施例では面取りされておらず三端子コンデンサ50はほぼ直方体の外形を有する。
 平面視において三端子コンデンサ50の4つの角を含む4つの領域にそれぞれ外部電極が形成されている。相互に対角の関係にある2つの領域にグランド側外部電極51Gが配置され、他の相互に対角の関係にある2つの領域にホット側外部電極51Hが配置されている。2つのグランド側外部電極51G及び2つのホット側外部電極51Hの各々は、三端子コンデンサ50の底面の一部の領域から2つの側面の一部の領域を通って上面の一部の領域まで達する。
 図8Bは、三端子コンデンサ50の内部電極の構造を示す分解斜視図である。誘電体層53、グランド側内部電極54G、及びホット側内部電極54Hの積層構造は、第1の実施例の三端子コンデンサ50の積層構造(図3A)と同一である。第1の実施例では、誘電体層53の4つの角が切り落とされているが、第3の実施例では、各誘電体層53が長方形または正方形の平面形状を有する。
 第3の実施例による電子部品においては、例えば、三端子コンデンサ50の上面に形成されているグランド側外部電極51G及びホット側外部電極51Hとインターポーザ20(図1)との間に、はんだバンプが配置され、三端子コンデンサ50の底面に形成されているグランド側外部電極51G及びホット側外部電極51Hとマザーボード10(図1)との間に、他のはんだバンプが配置される。三端子コンデンサ50に接触するはんだバンプは、三端子コンデンサ50に接触することなくマザーボード10とインターポーザ20との間に配置されるはんだバンプより小さい。
 第3の実施例による電子機器も、第1の実施例の電子機器と同様に、グランド配線及び電源配線に流れる高周波ノイズの低減効果を高めることができる。
 [第4の実施例]
 次に、図9を参照して第4実施例による電子部品について説明する。第4の実施例による電子部品は、第1の実施例による電子部品と同一の構造を有する。すなわち、第4の実施例による電子部品は、マザーボード(第1の配線基板)10、インターポーザ(第2の配線基板)20、半導体チップ30、及び三端子コンデンサ50(図1)を含む。第4の実施例では、三端子コンデンサ50の熱膨張係数の好ましい値が明確にされる。
 図9は、第4の実施例による電子部品の部分断面図である。マザーボード10とインターポーザ20との間に三端子コンデンサ50が実装されている。熱衝撃(ヒートショック)や温度サイクル試験により温度変化が繰り返される環境下では、マザーボード10、インターポーザ20、及び三端子コンデンサ50の熱膨張係数の差により、三端子コンデンサ50に熱応力が発生する。この熱応力により、三端子コンデンサ50にクラックが発生する場合がある。第1の実施例のように、三端子コンデンサ50をマザーボード10とインターポーザ20とで挟んでいる場合には、1枚のプリント基板の表面に実装する構造と比べて、よりクラックが発生しやすい。
 また、インターポーザ20の材料として、シリコン等からなる半導体チップ30の熱膨張係数に近いものが開発されている。例えば、FR4等からなるマザーボード10の熱膨張係数は、約16.5ppm/Kであるのに対し、インターポーザ20の熱膨張係数は5ppm/K以上、7ppm/K以下程度である。このように、両者の熱膨張係数が異なっている場合、三端子コンデンサ50にクラックが発生しやすい。
 次に、三端子コンデンサ50、マザーボード10、及びインターポーザ20の熱膨張係数の関係について説明する。三端子コンデンサ50の熱膨張係数をα、マザーボード10の熱膨張係数をα、インターポーザ20の熱膨張係数をαで表す。ここで、熱膨張係数は、面内方向の線膨張係数を意味する。三端子コンデンサ50の熱膨張係数αは、誘電体層53、グランド側内部電極54G、及びホット側内部電極54Hを総合した全体としての熱膨張係数を意味する。第4の実施例では、αが、αとαとの大きい方に10ppm/Kを加えた値以下であって、小さい方の値から10ppm/Kを減じた値以上に設定される。
 次に、第4の実施例による電子部品の持つ優れた効果について説明する。
 第4の実施例では、三端子コンデンサ50の熱膨張係数αを上述のように設定することにより、三端子コンデンサ50に発生する熱応力を低減させることができる。その結果、三端子コンデンサ50にクラックが発生しにくくなるという効果が得られる。
 次に、三端子コンデンサ50が配置されている高さと、好ましい熱膨張係数との関係について説明する。三端子コンデンサ50は、マザーボード10及びインターポーザ20のうち空間的に近い方の熱膨張の影響を受けやすい。このため、三端子コンデンサ50の熱膨張係数αを、マザーボード10及びインターポーザ20のうち空間的に近い方の熱膨張係数に近づけることが好ましい。
 マザーボード10の表面から三端子コンデンサ50の中心までの高さをHで表し、インターポーザ20の表面から三端子コンデンサ50の中心までの高さHで表す。このとき、熱膨張係数αは、以下の式を満たすように設定することが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 三端子コンデンサ50の熱膨張係数αを、式(2)を満たす範囲内に設定することにより、三端子コンデンサ50にクラックがより発生しにくくなる。
 上述の各実施例は例示であり、異なる実施例で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。複数の実施例の同様の構成による同様の作用効果については実施例ごとには逐次言及しない。さらに、本発明は上述の実施例に制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
10 マザーボード(第1の配線基板)
11G グランド側ランド
11H ホット側ランド
11R その他のランド
15 デカップリングコンデンサ
16G グランド側端子
16H ホット側端子
17G グランド配線
17H 電源配線
20 インターポーザ(第2の配線基板)
21G グランド側ランド
21H ホット側ランド
21R その他のランド
27G グランド配線
27H 電源配線
30 半導体チップ
31G グランド側端子
31H ホット側端子
40G グランド用のはんだバンプ
40H ホット用のはんだバンプ
40R その他のはんだバンプ
50 三端子コンデンサ
51G グランド側外部電極
51H ホット側外部電極
53 誘電体層
54G グランド側内部電極
54H ホット側内部電極
60、61 電流経路
201 インターポーザの第1の面
202 インターポーザの第2の面

Claims (9)

  1.  実装面に設けられた第1のグランド側ランド及び第1のホット側ランドを含む第1の配線基板と、
     第1の面に半導体チップを実装し、反対側の第2の面に設けられた第1のグランド側ランド及び第1のホット側ランドを含み、前記第2の面を前記第1の配線基板の前記実装面に対向させた姿勢で前記第1の配線基板に実装された第2の配線基板と、
     前記第1の配線基板と前記第2の配線基板との間に配置され、第1のグランド側外部電極、第2のグランド側外部電極、第1のホット側外部電極、及び第2のホット側外部電極とを含む三端子コンデンサと
    を有し、
     前記第1の配線基板の第1のグランド側ランドと前記三端子コンデンサの第1のグランド側外部電極とがはんだバンプを介して接続され、
     前記第1の配線基板の第1のホット側ランドと前記三端子コンデンサの第1のホット側外部電極とがはんだバンプを介して接続され、
     前記第2の配線基板の第1のグランド側ランドと前記三端子コンデンサの第2のグランド側外部電極とがはんだバンプを介して接続され、
     前記第2の配線基板の第1のホット側ランドと前記三端子コンデンサの第2のホット側外部電極とがはんだバンプを介して接続されている電子部品。
  2.  前記第1の配線基板は、前記実装面に設けられた第2のグランド側ランド及び第2のホット側ランドを含み、
     前記第2の配線基板は、前記第2の面に設けられた第2のグランド側ランド及び第2のホット側ランドを含み、
     前記第1の配線基板の第2のグランド側ランドと前記三端子コンデンサの第2のグランド側外部電極とがはんだバンプを介して接続され、
     前記第1の配線基板の第2のホット側ランドと前記三端子コンデンサの第2のホット側外部電極とがはんだバンプを介して接続され、
     前記第2の配線基板の第2のグランド側ランドと前記三端子コンデンサの第1のグランド側外部電極とがはんだバンプを介して接続され、
     前記第2の配線基板の第2のホット側ランドと前記三端子コンデンサの第1のホット側外部電極とがはんだバンプを介して接続されている請求項1に記載の電子部品。
  3.  前記三端子コンデンサは、四角形の4つの角が面取りされた平面形状を有し、4つの面取りされた端面がバンプの表面に整合する形状を有する請求項1または2に記載の電子部品。
  4.  前記第1の配線基板は、前記実装面に設けられた第3のグランド側ランド及び第3のホット側ランドを含み、
     前記第2の配線基板は、前記第2の面に設けられた第3のグランド側ランド及び第3のホット側ランドを含み、
     前記第1の配線基板の第3のグランド側ランドと前記第2の配線基板の第3のグランド側ランドとが、前記三端子コンデンサに接続されることなくはんだバンプを介して接続されており、前記第1の配線基板の第3のホット側ランドと前記第2の配線基板の第3のホット側ランドとが、前記三端子コンデンサに接続されることなくはんだバンプを介して接続されており、
     前記第2の配線基板の第1のグランド側ランドと第1のホット側ランド、及び前記第1の配線基板の第1のグランド側ランドと第1のホット側ランドの各々の大きさは、前記第2の配線基板の第3のグランド側ランドと第3のホット側ランド、及び前記第1の配線基板の第3のグランド側ランドと第3のホット側ランドの各々の大きさと異なっている請求項1乃至3のいずれか1項に記載の電子部品。
  5.  前記三端子コンデンサは、誘電体層を隔てて対向するグランド側内部電極とホット側内部電極とを含み、前記グランド側内部電極と前記ホット側内部電極との隔たる方向は、前記第1の配線基板と前記第2の配線基板との隔たる方向と平行である請求項1乃至4のいずれか1項に記載の電子部品。
  6.  さらに、前記第1の配線基板の前記実装面とは反対側の裏面に搭載されたデカップリングコンデンサを有し、
     前記デカップリングコンデンサは、前記第1の配線基板の第1のグランド側ランド及び第1のホット側ランドに接続されている請求項1乃至5のいずれか1項に記載の電子部品。
  7.  前記第1の配線基板の熱膨張係数と、前記第2の配線基板の熱膨張係数との大きい方の熱膨張係数に10ppm/Kを加えた値以下であって、小さい方の熱膨張係数から10ppm/Kを減じた値以上である請求項1乃至6のいずれか1項に記載の電子部品。
  8.  前記三端子コンデンサ、前記第1の配線基板、及び前記第2の配線基板の熱膨張係数をそれぞれα、α、αで表し、前記第1の配線基板の表面から前記三端子コンデンサの中心までの高さ、及び前記第2の配線基板の表面から前記三端子コンデンサの中心までの高さを、それぞれH、Hで表した時、熱膨張係数αは、
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
    で表される範囲内の値である請求項7に記載の電子部品。
  9.  四角形の4つの角が面取りされた平面形状を有し、4つの面取りされた端面の各々にグランド側外部電極またはホット側外部電極が形成されている三端子コンデンサ。
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