JP3882471B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、フレキシブル回路基板を用いた半導体装置に係り、特に安価で小型化、薄型化、軽量化が要求される3次元実装モジュールを構成する半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
フレキシブル回路基板は、リジッド回路基板と違って柔らかく、変形可能な利点がある。従ってICの高密度実装、モジュールのコンパクト化に有利である。すなわち、フレキシブル回路基板は、TCP(Tape Carrier Package)やCOF(Chip On FlexibleまたはFilm)等に利用され、特に、各種メディア機器の小型化には必要不可欠である。
【0003】
また、メディア機器の小型化、薄型化、軽量化の実現には、システムLSIの技術も重要である。システムLSIは、周辺回路のLSIを取り込みながら1チップ化への技術を着実に進歩させている。しかし、システムLSIの開発においては、長い開発期間と、異種プロセス混合によるチップコスト上昇を招くことになる。これにより、メディア機器が要望する短納期、低コストを満足できないのが現状である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上述の理由により、3次元実装を主体とするシステム機能実装の要求が高まり、システムLSIと実装技術の統合が重要になってきた。メディア機器産業では、周波数(高速化)と納期(短納期)で成長の度合いが決められる。このため、内蔵されるLSIも、実装やパッケージ技術によって可能な限り接続長、配線長を短縮しなければならない。このような理由から、3次元実装モジュールは様々な工夫がなされ実用化の段階に入ってきている。
【0005】
例えば、3次元実装モジュールは、従来、次のような構成が実用化、あるいは実用化段階にある。まず、(A)として、TCP(Tape Carrier Package)を積層し、チップ積層間の接続はTCPのアウターリードで達成する。また、(B)として、TCPの積層間に配線用の枠体を配備して、チップ積層間の接続を達成する。その他、(C)として、チップレベルで積層し、チップ積層間を導電材で接続したもの等、様々な技術がある。
【0006】
このような従来技術によれば、チップ積層間は、何らかのインタポーザを介して電気的に接続される必要がある。このようなインタポーザ間の接続構成は、上記(A)や(C)のような、外部で接続する構成と、上記(B)のような、内部で接続する構成がある。いずれにしても、3次元実装モジュールの構造が達成されて初めてモジュール製品としての電気的動作が認められ、測定、検査等が可能となる。
【0007】
そこで、3次元実装モジュールとして測定、検査等の結果、不良と判定された場合は、良品化のためのリペア(またはリワーク)作業をすることになる。すなわち、3次元実装モジュールでは、3次元への組立て段階において、共通電極と非共通電極の処理の仕方、リペア(またはリワーク)作業性を考慮した接続形態が重要である。この点において、上述の従来技術では時間及びコストが嵩むという問題がある。
【0008】
本発明は上記のような事情を考慮してなされたもので、3次元への組立て段階における容易性、リペア(またはリワーク)作業性に優れたフレキシブル回路基板を用いた3次元実装モジュール構成の半導体装置を提供しようとするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体装置は、ベース領域及びその周辺に連設された1つ以上の実装領域を有し、ベース領域上方に各実装領域が折り重ねられるように形成されたフレキシブル回路基板と、前記実装領域に対応して実装された電子部品と、前記電子部品を保護するように設けられそれぞれ所定の外形枠を有する第1領域と、前記第1領域よりも薄く、この第1領域と共に一体化し折り曲げ可能な第2領域と、を含む積層支持体と、前記積層支持体と前記フレキシブル回路基板が一体化するための接着部材と、前記積層支持体の前記第1領域上における所定箇所に設けられた鉤爪部と、前記フレキシブル回路基板の前記実装領域に対する裏面側の所定箇所に設けられた前記鉤爪部が固定される爪受け部とを具備し、前記フレキシブル回路基板が前記積層支持体と共に前記ベース領域上方に各実装領域折り重ねる際、前記第1領域がフレキシブル回路基板を介して重なり合う部分で前記鉤爪部と爪受け部が嵌合して固定されること、を特徴とする。
【0010】
本発明の半導体装置によれば、フレキシブル回路基板に電子部品を実装した時点で、モジュール製品としての動作が可能になる。これにより、3次元実装モジュールとして組み立てられる以前に測定、検査等が実施できる。
【0011】
さらに、3次元実装モジュールとして組み立てるための積層支持体は一体型であり、フレキシブル回路基板上に一括して装着される。その後は積層支持体を伴って実装領域が折り重ねられ固定される。すなわち、少ない工数で3次元実装モジュールを実現する。その際、予め設けられた鉤爪部と爪受け部の嵌合により積層の位置決めが容易になり、組み立て精度は向上する。
【0012】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の第1実施形態に係る半導体装置の構成を示す概観図である。また、図2は、図1の構成の特徴的な組み立て形態を示す概観図である。図1に示すように、フレキシブル回路基板11は、破線で示すような略四角形のベース領域110とその周辺に連設された実装領域111,112,113を有し、保護膜下に所定の導電パターン(図示せず)が形成されている。また、ベース領域110の周辺で上記実装領域が設けられない領域に外部端子部115が設けられている。外部端子部115は、ここではコネクタ端子である。
【0013】
フレキシブル回路基板11において、実装領域111,112,113にはそれぞれ主に電子部品121,122,123が各対応し、フェイスダウン実装されている。電子部品121,122,123は、メモリチップやシステムLSIチップ、コントロールユニットその他様々考えられる。
【0014】
このような電子部品121,122,123のフェイスダウン実装としては、例えば、上記各電子部品のバンプ電極とフレキシブル回路基板11の所定の導電パターンとのハンダ付けが考えられる。また、ACF(異方性導電フィルム)による接続も考えられる。すなわち、上記各電子部品のバンプ電極とフレキシブル回路基板11の所定の導電パターンとの間にACF(異方性導電フィルム)を介在させ加熱圧着する。これにより、ACF中の導電粒子によって各電子部品121,122,123とフレキシブル回路基板11の導電パターンとの必要な電気的接続が得られる。その他、ACP(異方性導電ペースト)接合、絶縁樹脂の収縮力によって電気的接続を得るNCP接合、バンプによる金−金、金−錫などの金属共晶接合など、様々考えられる。また、場合によってはワイヤボンディング方式を用いるフェイスアップ実装も適用可能である。さらに、極薄のICパッケージの実装も考えられ、電子部品の実装形態は別段限定されることはない。
【0015】
一方、上記電子部品121,122,123に関係する小型の電子部品(周辺素子)も幾つか実装されている。例えば複数の電子部品124はチップコンデンサやチップ抵抗等、電子部品125は、クロック生成に必要なクリスタル等である。
【0016】
フレキシブル回路基板11は、ポリイミドのような自由に折り曲げることのできる柔らかい材料で構成されている。フレキシブル回路基板11は、ベース領域110上方に各実装領域111〜113が予め決められた順番(f1〜f3)で折り重ねられるように構成されている。従って、各実装領域111〜113が折り重ねられるまでの折り曲げ距離を考慮し、距離d1〜d3は異ならせてある。
【0017】
このフレキシブル回路基板11には、一体型スペーサ13が装着される。一体型スペーサ13は、破線矢印で示すようにフレキシブル回路基板上に重なるように固着され、各実装領域111〜113が折り重ねられたときに各電子部品の積層を支持する。一体型スペーサ13は、厚い領域131と薄い領域132を有する。
【0018】
一体型スペーサ13の厚い領域131は、電子部品121〜123、その他の電子部品124,125における積層保護のために設けられている。この厚い領域131は、例えば電子部品121〜123それぞれを取り囲む形態をとる。また、端の方に実装された小型の電子部品(125など)に対しては、周辺に部分的に沿うような形態をとってもよい。いずれにしてもこの厚い領域131は、ベース領域110上方に積み重ねられるため、ベース領域110上に合わせられるような外形枠を有することが好ましい。
【0019】
一体型スペーサ13の薄い領域132は、ベース領域110上に延在し、上記厚い領域131と一体化している。この薄い領域132は、少なくともベース領域110の周囲の折り曲げ可能な領域を形成している。また、電子部品(124)の実装が妨げられないよう開口部133が設けられることもある。
【0020】
このような一体型スペーサ13は、例えば、リフロー耐熱性を考慮したポリイミド樹脂の成形品などで構成することが考えられる。厚い領域131は、実装される各電子部品(121〜123その他)の積層が妨げとならない程度の厚みを有する。また、薄い領域132は、折り曲げ部を含むのでなるべく薄い方がよく、例えば0.1〜0.2mm程度の厚みにしておく。一体型スペーサ13としての取り扱いが困難でなければ、さらに薄くてもかまわない。
【0021】
一体型スペーサ13は、図示しない裏面側が両面テープや接着剤等の接着部材を介してフレキシブル回路基板11上に固着される。これにより、フレキシブル回路基板11と一体化した構成をとる。
【0022】
さらに、一体型スペーサ13の厚い領域131上における所定箇所には、固定用の鉤爪部134が予め設けられている。鉤爪部134は、厚い領域131の外縁部付近において、任意の幅のものを設けることができる。この鉤爪部134は、ベース領域110上に最初に折り重ねられる厚い領域131上には設けられない。
【0023】
さらに、フレキシブル回路基板11の実装領域111,112に対する裏面側には鉤爪部134が嵌め込まれる爪受け部14がそれぞれ設けられている。爪受け部14の箇所に対応するフレキシブル回路基板11では部分的な切り欠き部Cが設けられる。
【0024】
図2には、実装領域111に対する裏面側の爪受け部14が示されている。爪受け部14の一つは実装領域111上における一体型スペーサ13の厚い領域131の縁部に沿って設けられる。また、爪受け部14はフレキシブル回路基板11の裏面を貫通し(図1のH)、一体型スペーサ13の厚い領域131の一部に入り込んで形成されるものもある。
【0025】
すなわち、破線矢印に示すように、実装領域112上における鉤爪部134が嵌め込まれるように設けられている。図示しないが、実装領域112に対する裏面側にも、実装領域113上における鉤爪部134を嵌め込むための爪受け部14が設けられている。このような爪受け部14は、ベース領域110上方に最後に折り重ねられる実装領域113における厚い領域131では、特に用途がなければ設けなくてもよい。
【0026】
上記鉤爪部134と爪受け部14の嵌合形態により、厚い領域131の積層固定側(斜線)には、両面テープや接着剤等の接着部材を配さなくても支障ない。ただし、ベース領域110上に最初に折り重ねられる厚い領域131上には両面テープや接着剤等の接着部材を配する必要がある。
【0027】
すなわち、各電子部品121〜123(その他の小型電子部品含む)を順に積層し、一体型スペーサ13の厚い領域131がフレキシブル回路基板11を介して重なり合う部分で上記鉤爪部134と爪受け部14が嵌合して固定される。
【0028】
図3は、図1の半導体装置の組み立て形態における特徴部分(鉤爪部)を含めて示す任意の側面及び断面を含む概略図である。組み立て状況を分かりやすくするため、正面から折り曲げたフレキシブル回路基板も透過させて表している。鉤爪部134と爪受け部14の嵌合形態は一部断面で示し、かつ一点鎖線の円内に拡大図を表した。これにより、実装領域111,112,113が順にベース領域110上方に折り重ねられ、電子部品121,122,123その他周辺の電子部品124,125が3次元的に積み重ねられ固定された形態を示している。
【0029】
一体型スペーサ13は、例えば両面テープによってフレキシブル回路基板11上に一体的に固着されている。厚い領域131の積層固定には上記鉤爪部134と爪受け部14の嵌合形態が寄与している。これにより、電子部品121,122,123その他周辺の電子部品124,125は、各々厚い領域131に囲まれ保護される。
【0030】
一体型スペーサ13の薄い領域132は、フレキシブル回路基板11の折り曲げ領域を支持し、特に急な角度がつきやすい折り曲げ端部領域21,22に対するフレキシブル回路基板11の保護の役割も果たす。
【0031】
さらに、鉤爪部134と爪受け部14は、その嵌合によって、一体型スペーサ13を伴ったフレキシブル回路基板11における各実装領域の折り重ねの位置決めに寄与する。
【0032】
上記第1実施形態によれば、フレキシブル回路基板11に電子部品(121〜123その他)を実装した時点で、モジュール製品としての動作が可能になる。これにより、3次元実装モジュールとして組み立てられる以前に測定、検査等が実施できる。
【0033】
さらに、3次元実装モジュールとして組み立てるための一体型スペーサ13は、フレキシブル回路基板11上に一括して装着できる。その後は一体型スペーサ13を伴って実装領域111〜113が折り重ねられ固定される。その際、予め設けられた鉤爪部134と爪受け部14の嵌合によって、位置決めが極めて容易になる。また、鉤爪部134と爪受け部14の嵌合形態は、接着部材なしに固定でき、積層固定後の着脱も容易であるという利点もある。
【0034】
このようなことから、3次元実装モジュールとして、組み立て性(組み立ての早さ、精度)は著しく向上し、加工工数の減少も達成することができる。これにより、リペア(またはリワーク)作業性に優れ、コスト削減にも寄与する。また、仮にスペーサがセパレートタイプであった場合と比較すれば、組み立て性が向上し、部品点数が減少する。この結果、コスト削減に寄与する。また、鉤爪部134と爪受け部14の嵌合による位置決め精度の向上によって、より小さいクリアランスで製品設計が可能となる利点がある。これにより、よりコンパクトな3次元実装モジュールが実現できる。
【0035】
本発明における3次元実装モジュールは、フレキシブル回路基板11上に各電子部品(121〜123その他)を実装してフレキシブル回路基板11、一体型スペーサ13と共に折り重ねる形態である。これにより、ICチップを積み重ねるスタックド・パッケージなどと比較して、ICのサイズやパッド配置の制約が極めてゆるい。スタックド・パッケージでは、組み合わせるICの大きさやIC端子位置など様々な制約がある。これに対して本発明に係る3次元実装モジュールは、ICの種類、組み合わせの自由度が広く、複数の周辺素子まで実装できる点を考慮すれば、電気特性的にも最適なモジュール化が可能である。
【0036】
図4(a),(b)は、それぞれ本発明の第2実施形態に係る半導体装置の構成であり、(a)は組み立て前の平面図、(b)は組立後の3次元実装モジュールにおける特徴部分(鉤爪部)を含めて示す任意の側面及び断面を含む概略図である。組み立て状況を分かりやすくするため、正面から折り曲げたフレキシブル回路基板も透過させて表している。鉤爪部134と爪受け部14の嵌合形態について一点鎖線の円内に一部断面の拡大図を表した。前記第2実施形態と同様の箇所には同一の符号を付して説明は省略する。
【0037】
この第2実施形態においては、前記第1実施形態に比べて、フレキシブル回路基板41が異なっている。図示のように、フレキシブル回路基板41はベース領域110にも電子部品126が実装される形態となっている。これにより、一体型スペーサ13は、その厚い領域131を、電子部品126に応じてベース領域110上にも設けている。
【0038】
また、電子部品126上方に各電子部品121〜123が順に積層されるのでそれを考慮して、一体型スペーサ13は、ベース領域110上の厚い領域131と各実装領域111〜113上の厚い領域131との間の距離d11〜d13を異ならせている。
【0039】
さらに、実装領域111上に設けた一体型スペーサ13の厚い領域131上には、所定箇所に鉤爪部134が配備されている。そして、ベース領域110上に設けた一体型スペーサ13の厚い領域131上には、上記鉤爪部134と嵌合する爪受け部14が設けられている。
【0040】
これにより、フレキシブル回路基板41は、一体型スペーサ13(厚い領域131)と共に決められた順に折り重ねられる。すなわち、それぞれ鉤爪部134と爪受け部14の嵌合を伴って各電子部品121〜125が前記第1実施形態のときと同様に積層固定される(図4(b))。
【0041】
図5(a),(b)は、それぞれ本発明の第3実施形態に係る半導体装置の構成であり、(a)は組み立て前の平面図、(b)は組立後の3次元実装モジュールにおける特徴部分(鉤爪部)を含めて示す任意の側面及び断面を含む概略図である。組み立て状況を分かりやすくするため、正面から折り曲げたフレキシブル回路基板も透過させて表している。鉤爪部134と爪受け部14の嵌合形態について一点鎖線の円内に一部断面の拡大図を表した。前記第2実施形態と同様の箇所には同一の符号を付して説明は省略する。
【0042】
この第3実施形態においては、前記第1実施形態に比べて、フレキシブル回路基板51が異なっている。図示のように、フレキシブル回路基板51のベース領域110の裏面において、破線のような外部端子部(例えばボール電極)52が設けられている。すなわち、前記第1実施形態(図1)で示した外部端子部115を、コネクタ端子の代りにアレイタイプの電極(52)とした構成となっている。
【0043】
実装領域(111〜113)を配したフレキシブル回路基板51の主表面において、図示しない外部端子に相当する導電パターンの端部は、ビアパターン(図示せず)を介して外部端子部(ボール電極)52に接続されている。
【0044】
また、電子部品125はクリスタルを示すが、いままでのシリンダタイプに代ってSMD(Surface Mount Device)タイプを適用している。SMDタイプなら3次元モジュールをメイン基板にハンダ実装する際に、リフロー可能で信頼性が高い。
【0045】
一体型スペーサ13は、その厚い領域131を、電子部品121〜125に応じて設けている。これにより、フレキシブル回路基板11は、一体型スペーサ13(厚い領域131)と共に決められた順に折り重ねられる。すなわち、厚い領域131におけるそれぞれの鉤爪部134と爪受け部14の嵌合を伴って、各電子部品121〜125が前記第1実施形態のときと同様に積層固定される(図5(b))。
【0046】
なお、電子部品121〜125は必要に応じて予め熱硬化タイプなどの接着手段でフレキシブル回路基板51に固定しておいてもよい。これは、3次元モジュールとして、メイン基板にリフローハンダ実装される際、例えばハンダ接合した電子部品124や125の落下防止に寄与する。このような接着手段は、温度条件や電子部品の質量に依存するため、必ずしも必要な条件ではない。いずれにしてもスペーサ13に干渉しないように所定の電子部品が接着されることが望ましい。
【0047】
また、上記構成は、ベース領域110の周辺である四辺全てに各実装領域が設けられることも十分考えられる。その場合も、厚い領域と薄い領域を含む一体型スペーサを伴い各電子部品が決められた順に積層され、前記第1実施形態のときと同様に固定される。
【0048】
上記のような第2、第3実施形態は、共により高密度実装を追求した構成である。このような実施形態によっても、フレキシブル回路基板41または51に電子部品を実装した時点で、モジュール製品としての動作が可能になる。これにより、3次元実装モジュールとして組み立てられる以前に測定、検査等が実施できる。
【0049】
また、3次元実装モジュールとして組み立てるための一体型スペーサ13は、フレキシブル回路基板41または51上に一括して装着可能である。その後は一体型スペーサ13を伴って各実装領域が折り重ねられ固定される。その際、予め設けられた鉤爪部134と爪受け部14の嵌合によって、位置決めが極めて容易になる。鉤爪部134と爪受け部14の嵌合形態は、接着部材なしに固定でき、積層固定後の着脱も容易である。
【0050】
なお、鉤爪部134及び爪受け部14の形、個数、設ける位置は限定されることはなく、位置決めまたは固定に必要な箇所に設ければよい。特に鉤爪部134及び爪受け部14が一体型スペーサ13の厚い領域131の縁部に設けられるときは1辺の縁部全体に沿って形成されてもよい。
【0051】
以上の各実施形態によれば、一体型スペーサ及びこれに伴う鉤爪部と爪受け部の嵌合により、接着部材も少なくて済み、組み立て性(組み立ての早さ、精度)は著しく向上し、より小さいクリアランスで製品設計が可能となる。さらに、組み立て積層固定後の着脱も容易である。仮にスペーサがセパレートタイプであった場合に比べ、組み立て性の向上、部品点数の減少が達成され、コスト削減に寄与する。さらに、ICの種類、組み合わせの自由度が広く、複数の周辺素子まで実装できる点を考慮すれば、電気特性的にも最適な3次元実装モジュールが実現可能である。
【0052】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の半導体装置によれば、折り重ねて3次元実装モジュールにするべくフレキシブル回路基板に電子部品を実装する。これにより、3次元実装モジュールへの組み立て以前に測定、検査等が実施可能である。
【0053】
さらに、3次元実装モジュールとして組み立てるための積層支持体、すなわち一体型スペーサは、フレキシブル回路基板上に一括して装着される。その後はこのスペーサを伴って実装領域が折り重ねられ固定される。その際、予め設けられた鉤爪部と爪受け部の嵌合によって、位置決めが極めて容易になり、かつ組み立て積層固定後の着脱も容易になる。
【0054】
以上の結果、高密度3次元実装モジュールへの組み立ての容易性、制御性が得られ、よりコンパクトで、リペア(またはリワーク)作業性に優れ、自由度が高くかつ電気特性的にも最適な、フレキシブル回路基板を用いた高信頼性の3次元実装モジュール構成の半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態に係る半導体装置の構成を示す概観図である。
【図2】図1の構成の特徴的な組み立て形態を示す概観図である。
【図3】図1の半導体装置の組み立て形態における特徴部分(鉤爪部)を含めて示す任意の側面及び断面を含む概略図である。
【図4】(a),(b)は、それぞれ本発明の第2実施形態に係る半導体装置の構成であり、(a)は組み立て前の平面図、(b)は組立後の3次元実装モジュールにおける特徴部分(鉤爪部)を含めて示す任意の側面及び断面を含む概略図である。
【図5】(a),(b)は、それぞれ本発明の第3実施形態に係る半導体装置の構成であり、(a)は組み立て前の平面図、(b)は組立後の3次元実装モジュールにおける特徴部分(鉤爪部)を含めて示す任意の側面及び断面を含む概略図である。
【符号の説明】
11,41、51…フレキシブル回路基板
110…ベース領域
111,112,113…実装領域
115,52…外部端子部
121,122,123,124、125,126…電子部品
13…一体型スペーサ
131…一体型スペーサの厚い領域
132…一体型スペーサの薄い領域
133…開口部
134…鉤爪部
14…爪受け部
21,22…折り曲げ端部領域
Claims (6)
- ベース領域及びその周辺に連設された1つ以上の実装領域を有し、ベース領域上方に各実装領域が折り重ねられるように形成されたフレキシブル回路基板と、
前記実装領域に対応して実装された電子部品と、
前記電子部品を保護するように設けられそれぞれ所定の外形枠を有する第1領域と、前記第1領域よりも薄く、この第1領域と共に一体化し折り曲げ可能な第2領域と、を含む積層支持体と、
前記積層支持体と前記フレキシブル回路基板が一体化するための接着部材と、
前記積層支持体の前記第1領域上における所定箇所に設けられた鉤爪部と、
前記フレキシブル回路基板の前記実装領域に対する裏面側の所定箇所に設けられた前記鉤爪部が固定される爪受け部とを具備し、
前記フレキシブル回路基板が前記積層支持体と共に前記ベース領域上方に各実装領域を折り重ねる際、前記第1領域がフレキシブル回路基板を介して重なり合う部分で前記鉤爪部と爪受け部が嵌合して固定されること、
を特徴とする半導体装置。 - 前記フレキシブル回路基板は、前記ベース領域の周辺に連設された外部端子領域をさらに含むことを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
- 前記フレキシブル回路基板は、前記ベース領域下方側の面に設けられた外部端子領域をさらに含むことを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
- 前記積層支持体は、その第1領域に関して前記電子部品の周辺を取り囲むような構成であることを特徴とする請求項1〜3いずれか一つに記載の半導体装置。
- 前記積層支持体は、その第1領域に関して前記電子部品の周辺に部分的に沿うような構成であることを特徴とする請求項1〜3いずれか一つに記載の半導体装置。
- 前記ベース領域にも電子部品が実装される形態をさらに具備し、前記ベース領域に実装される電子部品に対応した前記積層支持体の前記第1領域と前記第1領域上に前記鉤爪部と嵌合する爪受け部が設けられることを特徴とする請求項1〜5いずれか一つに記載の半導体装置。
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