(57)【要約】【課題】封止樹脂による電子部品や半導体素子に対する信頼性の高い封止を実現する技術を提供する。【解決手段】半導体モジュール１０は、配線層２２を有する素子搭載用基板１８と、素子搭載用基板１８上に搭載された半導体素子１２と、素子搭載用基板１８の上に搭載され、内部の空間に素子部が設けられた第１の電子部品１４と、半導体素子１２および第１の電子部品１４を封止する封止樹脂２０と、を備え、第１の電子部品１４は、素子搭載用基板１８との間に第１の電子部品１４の下面を覆う金属部材１４ａを有している。【選択図】図２
2010040789.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線層を有する配線基板と、
前記配線基板上に搭載された半導体素子と、
前記配線基板上に搭載され、内部の空間に素子部が設けられた電子部品と、
前記半導体素子および前記電子部品を封止する封止樹脂と、を備え、
前記電子部品は、前記配線基板との間に前記電子部品の下面を覆う金属部材を有していることを特徴とする半導体モジュール。
【請求項２】
前記電子部品は、前記金属部材と反対側の面に金属端子を有しており、前記配線層のうち信号線を構成する部分と前記金属端子とがボンディングワイヤで接続されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュール。
【請求項３】
前記ボンディングワイヤは、前記電子部品の周縁部と接触していることを特徴とする請求項２に記載の半導体モジュール。
【請求項４】
前記電子部品は、その上面の周縁部に切り欠き部を有し、
前記金属端子は、前記切り欠き部まで延在するとともに延在した部分が前記ボンディングワイヤと接触していることを特徴とする請求項２に記載の半導体モジュール。
【請求項５】
前記配線層は、前記半導体素子と導通する信号線が前記金属部材の下方を経由するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体モジュール。
【請求項６】
前記金属部材は、前記配線層のうち固定電位が入力される部分と導通していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の半導体モジュール。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の半導体モジュールを搭載したことを特徴とする携帯機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体モジュールおよび携帯機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体素子を用いた電子機器が様々な分野で開発されており、その用途や機能も多岐にわたっている。そのため、高度な又は複数の機能を実現するために一つの基板上に複数のＬＳＩチップや電子部品を搭載するモジュール化が行われている。一方、電子部品には、水晶振動子やＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）フィルタ等があり、こうした電子部品の外表面には、外部への電磁波の漏洩を低減するために、金属製のカバーが設けられている。
【０００３】
このようなモジュールとして、配線基板と、配線基板に並設される半導体素子及び金属板で囲われた水晶振動子と、これらを封止する絶縁性樹脂材と、を備えた回路モジュールが知られている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００７−２９４８２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、前述の技術のように電磁シールドとして機能する金属板は、封止材である絶縁樹脂材との密着性が悪く、モジュールの信頼性を低下させる一因となっている。
【０００５】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、封止樹脂による電子部品や半導体素子に対する信頼性の高い封止を実現する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の半導体モジュールは、配線層を有する配線基板と、配線基板上に搭載された半導体素子と、配線基板上に搭載され、内部の空間に素子部が設けられた電子部品と、半導体素子および電子部品を封止する封止樹脂と、を備え、電子部品は、配線基板との間に電子部品の下面を覆う金属部材を有している。
【０００７】
なお、電子部品の下面を覆うとは、電子部品の下面全体を覆う状態だけでなく、金属部材が電磁シールドとして機能する範囲で電子部品の下面を覆う状態であればよい。
【０００８】
この態様によると、電子部品の表面のうち金属部材で覆われている下面が配線基板と接しているため、金属部材が上面にある場合と比較して、金属部材と封止樹脂との間の密着性の悪い界面が減少する。その結果、封止樹脂による電子部品や半導体素子に対する信頼性の高い封止を実現することができる。
【０００９】
本発明のさらに別の態様は、携帯機器である。この携帯機器は、上述した態様の半導体モジュールを搭載している。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、封止樹脂による電子部品や半導体素子に対する信頼性の高い封止を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、以下に述べる構成は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。
【００１２】
（第１の実施の形態）
［半導体モジュールの構造］
図１は、第１の実施の形態に係る半導体モジュールの構成を示す上面図である。図２は、図１に示す半導体モジュールのＸ−Ｘ’断面図である。第１の実施の形態に係る半導体モジュール１０は、半導体素子１２と、第１の電子部品１４と、複数の第２の電子部品１６と、素子搭載用基板１８と、封止樹脂２０と、を備える。半導体素子１２は、半導体材料を主原料とし、例えば、トランジスタ、サイリスタ、ダイオード等の能動素子として機能する部品である。
【００１３】
第１の電子部品１４は、内部の空間に素子部が形成された電子部品であり、例えば、水晶振動子として機能する部品である。第１の電子部品１４は、その下面が金属部材１４ａで構成されており、この金属部材１４ａが電磁シールドとして機能する。また、第２の電子部品１６は、水晶振動子以外の部品であり、例えば、コンデンサ、抵抗、インダクタ等がある。素子搭載用基板１８は、配線層２２が形成されているとともに半導体素子１２、第１の電子部品１４および複数の第２の電子部品１６を搭載する。封止樹脂２０は、半導体素子１２、第１の電子部品１４および複数の第２の電子部品１６を封止する。そして、第１の電子部品１４は、金属部材１４ａが形成されている面を下面として素子搭載用基板１８上に搭載されている。
【００１４】
素子搭載用基板１８の上面には配線層の一部を構成する複数のパッド電極１８ａが形成されている。また、半導体素子１２の上面にもパッド電極１２ａが形成されている。そして、半導体素子１２のパッド電極１２ａは、金線などからなるボンディングワイヤ２４により素子搭載用基板１８に形成されたパッド電極１８ａと電気的に接続されている。
【００１５】
第１の電子部品１４は、金属部材１４ａが形成されている面と反対側の上面側に金属端子１４ｂを有している。一方、素子搭載用基板１８の上面には、配線層２２のうち信号線２２ａの一部を構成するパッド電極１８ｂが形成されており、そのパッド電極１８ｂと金属端子１４ｂとがボンディングワイヤ２６で接続されている。
【００１６】
金属部材１４ａや金属端子１４ｂは、金属表面に生じる酸化皮膜などの影響によって封止樹脂との密着性が悪い傾向にある。しかしながら、本実施の形態に係る半導体モジュール１０においては、第１の電子部品１４の表面のうち封止樹脂２０と接する上面側に設けられている金属端子１４ｂは全面ではなくランド状であるため、第１の電子部品１４の下面側にある金属部材１４ａよりも面積は小さい。一方、第１の電子部品１４の表面のうち金属端子１４ｂよりも面積の大きい金属部材１４ａは、素子搭載用基板１８と接しているため、金属部材１４ａと封止樹脂２０との間の密着性の悪い界面の面積が減少する。そのため、金属部材１４ａが上面にある場合と比べて、金属部材１４ａや金属端子１４ｂと封止樹脂２０との間の密着性の悪い界面が全体として減少し、剥離やクラック等の不具合の発生が低減されることで、封止樹脂２０による電子部品や半導体素子の封止の信頼性が向上する。
【００１７】
特に、金型を用いたトランスファーモールド法による半導体素子の樹脂封止においては、樹脂硬化後の封止樹脂材と金型との脱離を容易にするために、封止樹脂材に微量の離型剤が添加されている。こうした離型剤は、金属部材（金属端子）に対しても作用するので、金属部材や金属端子と封止樹脂との密着性をさらに悪化させる傾向にある。しかしながら、上述の構成とすることにより、金属部材および金属端子と封止樹脂との界面が減少するため、電子部品や半導体素子の封止信頼性を向上することができる。
【００１８】
また、金属部材１４ａは、素子搭載用基板１８の上面に形成されている金属ランド１８ｃと不図示のはんだあるいは銀ペーストにより固着されている。これにより、第１の電子部品１４を素子搭載用基板１８に強固に固定することが可能となる。
【００１９】
また、本実施の形態に係る金属ランド１８ｃは、配線層２２のうち固定電位（例えば接地電位）が入力されるように不図示のグランド端子と導通しており、これと接続されている金属部材１４ａは、電磁シールドとして機能する。そのため、金属部材１４ａの下方を経由して半導体素子１２と導通している信号線２２ａは、電磁シールドとして機能する金属部材１４ａにより、第１の電子部品１４が発する電磁ノイズの影響を受けづらくなり、半導体モジュールの動作信頼性が向上する。
【００２０】
また、金属部材１４ａをグランド端子と導通させることにより、従来グランド端子と接続するために設けられていた第１の電子部品１４の金属端子を減らすことが可能となり、金属と封止樹脂との界面を更に減少させることが可能となる。なお、上述の信号線２２ａは、必ずしも第１の電子部品１４と半導体素子１２とを導通するものだけでなく、素子搭載用基板１８の裏面側に設けられている不図示の外部接続端子と半導体素子１２とを導通するものであってもよい。
【００２１】
また、本実施の形態に係る第１の電子部品１４の金属端子１４ｂは、素子搭載用基板１８から離れて上方に位置している。そのため、素子搭載用基板１８の配線層２２に存在する金属パターンとの意図しない容量の発生がない。特に、第１の電子部品１４が水晶振動子である場合には、負荷容量の変動による発振停止や周波数変動などの発振動作の不具合を防止でき、半導体モジュールの動作信頼性が向上する。
【００２２】
［電子部品の構造］
次に、電子部品の構造についていくつか例示して詳述する。図３（ａ）〜図３（ｃ）は、前述の第１の電子部品１４に対応する電子部品の一例を示す概略断面図である。なお、図３では、電子部品の金属部材が上になっているが、素子搭載用基板１８に搭載する際には、金属部材の面が下面になる。
【００２３】
図３（ａ）に示す第１の電子部品１１４は、素子部としての水晶振動子１０２と、水晶振動子１０２との間に空間が形成されるように水晶振動子１０２を収容する収容部材１０４と、を有する。収容部材１０４は、セラミック基板からなる容器１０４ａと、容器１０４ａの上部に固定されている水晶振動子１０２を封止するようにその上方を覆う蓋体としての金属製封止板１０４ｂとを有する。また、容器１０４ａの下面には、水晶振動子１０２と導通している金属端子１１４ｂと、金属製封止板１０４ｂと導通している金属端子１１４ｃが設けられている。このように構成されている第１の電子部品１１４は、金属製封止板１０４ｂを下面として図１に示すような素子搭載用基板１８に搭載される。
【００２４】
図３（ｂ）に示す第１の電子部品２１４は、素子部としての水晶振動子２０２および半導体集積回路２０３と、水晶振動子２０２との間に空間が形成されるように水晶振動子２０２を収容する収容部材２０４と、を有する。収容部材２０４は、容器２０４ａと、容器２０４ａの上部に固定されている水晶振動子２０２を封止するようにその上方を覆う金属製封止板２０４ｂとを有する。また、容器２０４ａの下面には、金属製封止板２０４ｂと導通している金属端子２１４ｃと、半導体集積回路２０３と導通している金属端子２１４ｂとが設けられている。このように構成されている第１の電子部品２１４は、金属製封止板２０４ｂを下面として図１に示すような素子搭載用基板１８に搭載される。
【００２５】
図３（ｃ）に示す第１の電子部品３１４は、素子部としてのＳＡＷフィルタ３０２と、ＳＡＷフィルタ３０２との間に空間が形成されるようにＳＡＷフィルタ３０２を収容する収容部材３０４と、を有する。収容部材３０４は、容器３０４ａと、容器３０４ａの上部に固定されているＳＡＷフィルタ３０２を封止するようにその上方を覆う金属製封止板３０４ｂとを有する。また、容器３０４ａの下面には、金属製封止板３０４ｂと導通している金属端子３１４ｃと、ＳＡＷフィルタ３０２と導通している金属端子３１４ｂとが設けられている。このように構成されている第１の電子部品３１４は、金属製封止板３０４ｂを下面として図１に示すような素子搭載用基板１８に搭載される。
【００２６】
なお、上述の各電子部品は、内部にある水晶振動子やＳＡＷフィルタを金属製封止板により真空若しくは不活性ガスで気密封止されている。また、金属製封止板に好適な材料としては、例えば、鉄を主成分とするコバールを母体とし、表面に腐食（酸化）防止のためにニッケル、あるいはニッケル・金等のメッキ処理が施された材料が挙げられる。
【００２７】
本実施の形態に係る電子部品としては、収容部材の内部に空間が形成されているため、水晶振動子を始めとする可動部品（可動部を有する部品）やＳＡＷフィルタを用いることもできる。このように、高周波で動作し振動する水晶振動子やＳＡＷフィルタ等を始めとする電子部品を備えた半導体モジュールであっても、素子搭載用基板１８の配線層のうち信号線への電磁ノイズを十分抑制することができる。
【００２８】
（第２の実施の形態）
本実施の形態では、第１の電子部品において、前述の収容部材の金属端子が形成されている面の形状に特徴がある。図４は、第２の実施の形態に係る半導体モジュールのうち第１の電子部品近傍の概略断面図である。図５は、図４に示す第１の電子部品の上面図である。なお、本実施の形態に係る半導体モジュールのうち半導体素子については第１の実施の形態と同様の構成のため、図を省略する。
【００２９】
半導体モジュール４１０は、半導体素子（不図示）と、第１の電子部品４１４と、素子搭載用基板４１８と、封止樹脂４２０と、を備える。第１の電子部品４１４は、例えば、水晶振動子として機能する部品である。第１の電子部品４１４は、その下面が金属部材４１４ａで構成されており、この金属部材４１４ａが電磁シールドとして機能する。素子搭載用基板４１８は、不図示の配線層が形成されているとともに半導体素子および第１の電子部品４１４を搭載する。封止樹脂４２０は、半導体素子および第１の電子部品４１４を封止する。
【００３０】
そして、第１の電子部品４１４は、金属部材４１４ａが形成されている面を下面として素子搭載用基板４１８上に搭載されている。また、金属部材４１４ａは、はんだ４２４により、素子搭載用基板４１８の上面に形成されている金属ランド４１８ｃと固着されている。これにより、第１の電子部品４１４を素子搭載用基板４１８に強固に固定することが可能となる。
【００３１】
第１の電子部品４１４は、金属部材４１４ａが形成されている面と反対側の面を構成する収容部材４０４の表面に金属端子４１４ｂが設けられている。一方、素子搭載用基板４１８の上面には、パッド電極４１８ｂが形成されており、そのパッド電極４１８ｂと金属端子４１４ｂとがボンディングワイヤ４２６で接続されている。
【００３２】
収容部材４０４は、その底面がおおよそ方形であり、４つの角部の頂点４０４ａを斜めに切り取るように形成された切り欠き部４０４ｂを有する。収容部材４０４がセラミック等の誘電体で構成されている場合、このように、収容部材４０４の上面の周縁部に切り欠き部４０４ｂを形成することで、ボンディングワイヤ４２６のループ形状をコンパクトにすることが可能となり、低背化および搭載面積の狭小化が可能となる。
【００３３】
また、金属端子４１４ｂは、切り欠き部４０４ｂに沿って収容部材４０４の角部を覆うような形状の斜面４１４ｂ１を有する。換言すると、金属端子４１４ｂは、切り欠き部４０４ｂまで延在するように斜面４１４ｂ１が形成されている。そのため、ボンディングワイヤ４２６を斜面４１４ｂ１と接触させるようにすることで、金属端子４１４ｂとボンディングワイヤ４２６とは、金属端子４１４ｂの上面だけでなく斜面４１４ｂ１においても導通することになり、接続信頼性が向上する。
【００３４】
また、ボンディングワイヤ２６は、通常は第１の電子部品１４の周縁部に接触しないように、金属端子１４ｂ側からパッド電極１８ｂ側への順で接続する。これに対して、本実施の形態では、ボンディングワイヤ４２６を第１の電子部品４１４の周縁部に接触させてもよいので、パッド電極４１８ｂ側から金属端子４１４ｂ側への順で接続することが可能となる。このため、さらなる低背化および搭載面積の狭小化を図ることができる。
【００３５】
（第３の実施の形態）
次に、上述の各実施の形態に係る半導体モジュールを備えた携帯機器について説明する。なお、携帯機器として携帯電話に搭載する例を示すが、例えば、個人用携帯情報端末（ＰＤＡ）、デジタルビデオカメラ（ＤＶＣ）、及びデジタルスチルカメラ（ＤＳＣ）といった電子機器であってもよい。
【００３６】
図６は、上述の各実施の形態に係る半導体モジュールを備えた携帯電話の構成を示す図である。携帯電話６００は、第１の筐体６０２と第２の筐体６０４が可動部６０６によって連結される構造になっている。第１の筐体６０２と第２の筐体６０４は可動部６０６を軸として回動可能である。第１の筐体６０２には文字や画像等の情報を表示する表示部６０８やスピーカ部６１０が設けられている。第２の筐体６０４には操作用ボタンなどの操作部６１２やマイク部６１４が設けられている。なお、前述の各実施の形態に係る半導体モジュールはこうした携帯電話６００の内部に搭載されている。
【００３７】
図７は、図６に示した携帯電話の部分断面図（第１の筐体６０２の断面図）である。上述の各実施の形態に係る、例えば、半導体モジュール１０は、その裏面側に設けられたはんだバンプ６１６を介してプリント基板６１８に搭載され、こうしたプリント基板６１８を介して表示部６０８などと電気的に接続されている。また、半導体モジュール１０の裏面側（はんだバンプ６１６とは反対側の面）には金属基板などの放熱基板６２０が設けられ、例えば、半導体モジュールから発生する熱を第１の筐体６０２内部にこもらせることなく、効率的に第１の筐体６０２の外部に放熱することができるようになっている。
【００３８】
以上、本発明を上述の各実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の各実施の形態に限定されるものではなく、各実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて各実施の形態の素子搭載用基板や半導体モジュールにおいて各種の設計変更等の変形を各実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】第１の実施の形態に係る半導体モジュールの構成を示す上面図である。
【図２】図１に示す半導体モジュールのＸ−Ｘ’断面図である。
【図３】図３（ａ）〜図３（ｃ）は、第１の電子部品の一例を示す概略断面図である。
【図４】第２の実施の形態に係る半導体モジュールのうち第１の電子部品近傍の概略断面図である。
【図５】図４に示す第１の電子部品の上面図である。
【図６】各実施の形態に係る半導体モジュールを備えた携帯電話の構成を示す図である。
【図７】図６に示した携帯電話の部分断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０  半導体モジュール、  １２  半導体素子、  １４  第１の電子部品、  １４ａ  金属部材、  １４ｂ  金属端子、  １８  素子搭載用基板、  １８ａ  パッド電極、  １８ｂ  パッド電極、  １８ｃ  金属ランド、  ２０  封止樹脂、  ２２  配線層、  ２２ａ  信号線、  ２４  ボンディングワイヤ、  ２６  ボンディングワイヤ、  １０２  水晶振動子、  １０４  収容部材、  １０４ａ  容器、  １０４ｂ  金属製封止板、  １１４  第１の電子部品、  １１４ｂ  金属端子、  １１４ｃ  金属端子、  ６００  携帯電話。  
【図１】
2010040789.tif 000003
【図２】
2010040789.tif 000004
【図３】
2010040789.tif 000005
【図４】
2010040789.tif 000006
【図５】
2010040789.tif 000007
【図６】
2010040789.tif 000008
【図７】
2010040789.tif 000009