(57)【要約】【課題】小型化された半導体モジュールを提供することができるとともに、効率よく光を受光することができる精度の良いカメラモジュールを提供する。【解決手段】半導体モジュール１は、半導体素子１１を備えた下側の配線基板１０と、その半導体素子１１に対応した位置に開口部２１を有し、その開口部２１の周辺に実装部品搭載可能領域を有する上側の配線基板２０と、半導体素子１１の周囲において複数のはんだボール３０により電気的に接続されており、そのはんだボール３０は遮光性のアンダーフィル３１により覆われている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子を搭載した第１の配線基板と、
前記半導体素子に対応した位置に開口部を有し、その開口部の周辺に実装部品搭載可能領域を有する第２の配線基板と、を備え、
前記第１の配線基板と前記第２の配線基板は、前記半導体素子の周囲において複数の導電部材により電気的に接続されており、
前記複数の導電部材は遮光性材料により覆われていることを特徴とする半導体モジュール。
【請求項２】
前記複数の接続導電部材間に、前記遮光性材料が充填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】
前記複数の接続導電部材は、前記第１又は第２の配線基板側から平面視して、前記半導体素子の周囲に千鳥掛け状に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体モジュール。
【請求項４】
前記第２の配線基板の外周端部は、前記第１の配線基板の外周端部と一致しているまたは内側に位置していることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の半導体モジュール。
【請求項５】
前記第１の配線基板は、凹部を有しその凹部内に前記半導体素子を備えていることを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の半導体モジュール。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体モジュールを備えたことを特徴とするカメラモジュール。
【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これを搭載したカメラモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話、ＰＤＡ、ＤＶＣ、ＤＳＣといったポータブルエレクトロニクス機器には、人物や風景を撮影できるカメラ機能が付加されるなどの高機能化が加速するなか、こうした製品が市場で受け入れられるためには小型・軽量化が必須となっており、その実現のために高集積のシステムＬＳＩが求められている。
【０００３】
一方、これらのエレクトロニクス機器に対しては、より使い易く便利なものが求められており、機器に使用されるＬＳＩに対し、高機能化、高性能化が要求されている。このため、ＬＳＩチップの高集積化に伴いそのＩ／Ｏ数が増大する一方でパッケージ自体の小型化、薄型化の要求も強く、これらを両立させるために、半導体部品の高密度な基板実装に適合した半導体パッケージの開発が強く求められている。このような要求に応えるため、半導体部品を搭載する半導体モジュールについてはさらなる薄型化が求められている。
【０００４】
従来のポータブルエレクトロニクス機器の一例であるカメラモジュールについて説明する。
【０００５】
図８は、従来のカメラモジュールの構造を示す断面図である。
【０００６】
図８に示すように、従来のカメラモジュール１０００は、プリント基板１０と、鏡筒４６及び円筒型本体４５とが結合された構造を有する。プリント基板１０上には、ＣＣＤやＣＭＯＳイメージセンサ１１がワイヤボンディング１４によって取り付けられており、それらを覆うようにプラスチック材質の筐体４０が配置されている。
【０００７】
そして、カメラモジュール１０００は、鏡筒４６の内周面に設けられたネジ部の螺合によって円筒型本体４５と鏡筒４６（筐体４０）とが結合する。
【０００８】
さらに、プリント基板１０の上方、即ち円筒型本体４５に取り付けられたレンズ４１と、プリント基板１０の上面に取り付けられた半導体素子であるイメージセンサ１１との間にはＩＲカットフィルター２２が結合されており、イメージセンサ１１へ流入する過度な長波長の赤外線を遮断するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−３０４９１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところが、携帯電話等のポータブルエレクトロニクス機器に搭載するカメラモジュール本体を小型化するためには、従来の半導体モジュールでは、図１１に示すように、レンズあるいは半導体素子（ＣＭＯＳセンサー）を駆動するために実装する実装部品の一例であるチップ部品（抵抗や容量等の受動部品、あるいは駆動用ＩＣチップ）を、筐体４０、鏡筒４６、円筒型本体４５及びプリント基板１０で囲まれた空間内に実装していた。具体的には、半導体素子の周辺のプリント基板１０の上にしかチップ部品を搭載する領域がない。
【００１１】
そのため、カメラモジュール本体にそれらのチップ部品をその空間に高く積層するか、あるいは平面的に面積を確保して配置しなければならないため、小型化するという課題を解決することができなかった。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のある態様は、半導体素子を有する第１の配線基板と、前記半導体素子に対応した位置に開口部を有する第２の配線基板と、を備え、前記第１の配線基板と前記第２の配線基板は、前記半導体素子の周囲において複数の接続導電部材により電気的に接続されていることを特徴とする半導体モジュールである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、小型化された半導体モジュールを提供することができるとともに、効率よく光を受光するカメラモジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施の形態１に係る半導体モジュールの構造を示す平面図である。
【図２】実施の形態１に係る半導体モジュールの上側の配線基板と下側の配線基板の構造を示す平面図である。
【図３】図１のＡ−Ａ’線に沿った実施の形態１に係る半導体モジュールの断面図である。
【図４】実施の形態１に係る半導体モジュールの変形例を示す断面図である。
【図５】実施の形態１に係る半導体モジュールの変形例を示す断面図である。
【図６】実施の形態１に係る半導体モジュールの変形例を示す断面図である。
【図７】実施の形態２に係る半導体モジュールを備えたカメラモジュールの構造を示す断面図である。
【図８】従来の半導体モジュールを備えたカメラモジュールの構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１６】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る半導体モジュール１の構造を示す平面図である。
【００１７】
半導体モジュール１は、下側の配線基板１０と上側の配線基板２０とを備えており、それらの配線基板１０、２０が接続導電部材の一例であるはんだボール３０によって電気的に接続されている。また、受動素子や駆動ＩＣ等のチップ部品２３が上側の配線基板２０の上面に搭載されている。半導体モジュール１は約１０ｍｍ×約１０ｍｍの大きさである。
【００１８】
ここで、図１に示した半導体モジュールの上側の配線基板２０と下側の配線基板１０との平面図をそれぞれ図２（Ａ）及び（Ｂ）に示す。
【００１９】
まず、図２（Ａ）に示す上側の配線基板２０は、複数の配線層及び絶縁層からなるいわゆる多層配線層を有する配線基板であり、下側の配線基板１０に搭載した半導体素子１１に対応した位置に開口部２１を備えている。その開口部２１は、上側の配線基板２０の上側から見ると概ね「ロ」の字形状をしている。その形状は必ずしも「ロ」の字形状でなくてもよく、例えば円形状、楕円形状あるいは矩形状でもよい。下側の配線基板１０に搭載した半導体素子１１内に発光又は受光する機能部が設けられている場合、上側の配線基板２０側から開口部２１を覗いたときに、その発光又は受光する機能部が視認できる形状であればよい。半導体素子１１の厚みは約１００μｍ〜約１５０μｍ程度である。
【００２０】
その開口部２１の周辺（上側の配線基板２０の上面）には、例えば半導体モジュール１をカメラモジュールに採用した場合であれば、そのレンズを駆動するためのチップ部品（例えば、駆動ＩＣ、電源ＩＣ、抵抗や容量等の受動部品等のチップ部品）が配置されている。
【００２１】
また、光学フィルターの一例で近赤外光をカットするＩＲカットフィルター２２を開口部を覆うように設ける。光学フィルターとしては、他にも紫外線カットフィルターや偏光板などが挙げられる。なお、これらの光学フィルターは必要に応じて設ければよい。
【００２２】
次に、図２（Ｂ）に示す下側の配線基板１０について説明する。
【００２３】
下側の配線基板１０は、複数の配線層及び絶縁層からなるいわゆる多層配線層を有する配線基板であり、前述の上側の配線基板２０の外周端部よりも大きい配線基板である。一例として、上側の配線基板２０の縦及び横の長さよりもそれぞれ２ｍｍ程度大きく、縦約１０ｍｍ、横約１０ｍｍ程度の大きさである。即ち、上側の配線基板２０の外周端部が下側の配線基板の１０の外周端部よりも内側にある構造である。このような構造を採ることにより、半導体モジュール１を後述のカメラモジュール（後述の図７参照）に適用した場合に、筐体４０を支持する領域（庇部）として利用が可能である。また、下側の配線基板は、基材となる銅板を層内に備えており、それにより配線基板の剛性を維持することができる。下側の配線基板１０の表面には、開口部２１に対応した下側の配線基板１０のほぼ中央部に半導体素子１１を搭載している。その半導体素子１１は、接着樹脂によって下側の配線基板１０表面に接着されている。なお、半導体素子１１の具体例としては、受光素子であるＣＭＯＳセンサー、発光素子であるＬＥＤ、その他、集積回路（ＩＣ）、大規模集積回路（ＬＳＩ）などの半導体チップが挙げられる。ＣＭＯＳセンサーあるいはＬＥＤの場合には、その受光面が開口部２１の位置になるように配置される。
【００２４】
また、半導体素子１１の上表面には素子電極１２が形成されており、その素子電極１２と下側の配線基板１０の表面に設けられた電極端子１３とがボンディングワイヤ１４によって接続されることにより、下側の配線基板１０と半導体素子１１とが電気的に接続されている。
【００２５】
なお、半導体素子１１は、その素子電極１２が半導体素子１１の下面側に設けられた構造のものでも良く、その場合にはボンディングワイヤを用いることなく、下側の配線基板１０とはいわゆるフリップチップ実装によって電気的に接続されてもよい。
【００２６】
また、この下側の配線基板１０と上側の配線基板２０とのはんだボールによる接続部の詳細な構造は後述する。
【００２７】
以上のような上側の配線基板２０と下側の配線基板１０とがはんだボール３０によって電気的に接続されている。
【００２８】
ここで、図３は、図１のＡ−Ａ’線に沿った断面図を示している。
【００２９】
図３に示すように、下側の配線基板１０と上側の配線基板２０とは接続導電部材であるはんだボール３０により電気的に接続されている。そのはんだボール３０は、上側の配線基板２０及び下側の配線基板１０の周囲近傍に配置されている。
【００３０】
配線基板１０及び２０が接続される周辺の領域には、はんだボール３０が接続される第１の電極１６０及び第３の電極１６１が形成されている。その第１の電極１６０及び第３の電極１６１はその上層に形成されるフォトソルダーレジスト１８の開口部から露出している構造である。
【００３１】
ここで、前述の図１及び図２に示すように、はんだボール３０は、両配線基板１０及び２０の各辺に沿って「千鳥掛け状」に配列されている。即ち、下側の配線基板１０のある１辺に沿ったはんだボール３０に注目すると、はんだボール３０は、２列に並んでおり、一方の列のうちの隣接する２つのはんだボールの間に、他方の列のはんだボール３０が重なるように配列されている。
【００３２】
このように配列することにより、上側の配線基板２０及び下側の配線基板１０に、より多くの接続領域を効率よく確保することができるとともに、１列に配列した場合に比べて、外部からの不要な光が入ってくること又は外部に光が漏れ出すことを防止できる。
【００３３】
さらに、エポキシ樹脂などの接着樹脂に遮光材料を混合させたアンダーフィル３１によってそのはんだボール３０の周囲を覆い隣接するはんだボール３０間に充填することにより、下側の配線基板１０と上側の配線基板２０との間の接着力を強固なものとすることができるとともに、半導体モジュール１からの光の漏れあるいは外光の入射を防止できる。
【００３４】
以上のように、本願においては、「千鳥掛け状」に配置すること、はんだボール３０を覆うアンダーフィル樹脂が遮光性を有することを組み合わせることにより、はんだボールによる接続部から外部に必要な光を放出することや、逆にそこから不必要な光が入ってくることを防止できるのである。
【００３５】
このアンダーフィル３１は、図１及び図２（Ｂ）において斜線（左上から右下に向かった斜線）で示すように、両配線基板１０、２０の周囲に設けられる。その内側の端部は半導体素子１１を覆わない程度の位置に設けられている。下側の基板１０は上側の配線基板２０よりもはみ出した庇部があり、その部分にカメラモジュールの筐体を設ける場合には、アンダーフィル３１は、庇部には設けず、上側の配線基板２０の端部までしか設けない。
【００３６】
なお、開口部２１は、半導体素子１１に対応する位置を、例えばカッターやドリル、あるいはレーザによって上側の配線基板２０を切り抜くことにより形成される。しかし、開口部２１を形成した際に、その内面（開口部内の対向する面）は凹凸２４（図３参照）が生じてしまう。そうすると、半導体モジュール１を使用中にその凹凸２４から上側の配線基板２０の切り屑として絶縁樹脂片が半導体素子１１上に落下し、例えば半導体素子１１に形成された発光面あるいは受光面を全面又は部分的に覆ってしまい、発光あるいは受光機能を著しく低下させてしまうことになる。そこで、凹凸２４の表面に無電解メッキ法により、例えば上側の配線基板２０の表面の電極形成と同時に、開口部２１の内面をＮｉ層とそのＮｉ層の上に積層したＡｕ層（以下、「Ｎｉ／Ａｕ層」と称する。）２５で覆う。そうすることにより、上側の配線基板２０の開口部２１の内面の凹凸２４から切り屑が半導体素子に落下することが防止できる。併せて、発光面からの光又は受光面に至る光をその金属面で反射させることができるので、それらの光をより効率的に利用することが可能となる。
（変形例１）
次に、図４に、本願の半導体モジュールの変形例を示す。
【００３７】
同図に示す半導体モジュールが前述の図３に示す半導体モジュールと異なる点は、上側の配線基板２０と下側の配線基板１０の形状である。
【００３８】
図３における上側の配線基板２０には、同図の上方向に向かって半導体素子１１の形状に応じた凹部１７が設けられていたのに比べ、図４に示す半導体モジュールは、上側の配線基板２０は凹部を備えておらず、開口部２１を備えた構造である。このように凹部がないことから配線基板２０自体がえぐられることがないので上側の配線基板２０の強度を増すことができる。
【００３９】
一方、下側の配線基板１０については、凹部１７を備えており、その凹部１７内に半導体素子１１が収納されている。そして、上側の配線基板２０と下側の配線基板１０とがその周辺ではんだボール３０によって電気的に接続されている。このように、下側の配線基板１０においては、凹部１７内に半導体素子１１が配置されていることから、その半導体素子１１が受光センサーまたは発光素子であった場合には、外部からの不要な光の入射や光の漏れを確実に防止することができる。
（変形例２）
図５に、本願の半導体モジュールの他の変形例を示す。
【００４０】
同図に示す半導体モジュールが前述の図３に示す半導体モジュールと異なる点は、上側の配線基板２０の形状と大きさである。
【００４１】
図３における上側の配線基板２０には、同図の上方向に向かって半導体素子１１の形状に応じた凹部が設けられていたのに比べ、図５に示す半導体モジュールは、上側の配線基板２０は凹部を備えておらず、開口部２１を備えた構造である。このように凹部がないことから配線基板２０自体がえぐられることがないので上側の配線基板２０の強度を増すことができる。また、図３においては、庇部を設けたが、図５においては上側と下側の配線基板の大きさが等しい。
（変形例３）
図６に、本願の半導体モジュールの他の変形例を示す。
【００４２】
同図に示す半導体モジュールが前述の図３に示す半導体モジュールと異なる点は、下側の配線基板１０に搭載した半導体素子１１は、下側の配線基板１０に設けられた凹部内に設けられている点である。なお、光学フィルターは備えていない。
【００４３】
このように、下側の配線基板１０に設けた凹部１７に半導体素子１１を配置することにより、はんだボール３０による接続部からの外光の入射による半導体素子への入力による誤動作を確実に防止できる。また、半導体素子１１を配置した凹部の底部の周囲は上側の配線基板２０方向に突出しているので、接続部における下側の配線基板１０と上側の配線基板２０との距離は短くてよいため、はんだボール３０の高さ及び幅を小さくすることができる。また、はんだボール３０の幅を小さくすることができることから、下側の配線基板１０の凹部１７以外の周辺領域の幅を小さくすることができる。
【００４４】
（実施の形態２）
次に、本願の半導体モジュールをカメラモジュールに用いた場合について、図７に基づいて説明する。
【００４５】
図７は、本願の半導体モジュールをカメラモジュールに用いた断面図を示すものである。
【００４６】
前述のとおり、銅板１５を基材とする下側の配線基板１０の上表面に、接着材によりＣＭＯＳセンサー１１が、開口部２１からの光を受光できるように固定されている。ＣＭＯＳセンサー１１の電極１２と下側の配線基板１０の電極１３がボンディングワイヤ１４によって電気的に接続されている。
【００４７】
上側の配線基板２０は、その周辺のはんだボール３０を介して下側の配線基板１０と接続されている。また、開口部２１の周辺の領域には、後述のレンズ４１を駆動する駆動ＩＣや受動素子（抵抗、容量等）が配置されている。レンズのみならず、ＣＭＯＳセンサーを駆動するチップ等も配置することができる。
【００４８】
イメージセンサ１１へ流入する過度な長波長の赤外線を遮断するように、レンズ４１とＣＭＯＳセンサー１１との間には、開口部２１を覆うようにＩＲカットフィルター２２が配置されている。
【００４９】
接続部に設けられたはんだボール３０は遮光材料が混入されたアンダーフィル剤３１で覆われているので、接続部から外光が入ってくることを防止できる。このとき、アンダーフィル剤は図７ではＣＭＯＳセンサー１１の端部を覆っていないが、ボンディングワイヤ１４及び電極１２をも含んで、センサー部の近傍まで覆っても良く、そうすることによりさらに接続部からの外光の入り込みを防止できる。
【００５０】
上側と下側の配線基板１０、２０からなる半導体モジュール１の上側には、カメラのレンズを支持する筐体４０が結合している。筐体４０は、外光（風景、人物などの映像）を集光するレンズ４１とそのレンズ４１の焦点を調整するために上下に移動できる可動部４２と、外光を取り込む開口部４３とを備えている。
【００５１】
ここで、上側の配線基板２０は下側の配線基板１０よりも面積が小さく、上側の配線基板２０の外周端部は全周囲において下側の配線基板１０の外周端部よりも内側にある。即ち、下側の配線基板１０が上側の配線基板２０よりも外方向に突出しているので下側の配線基板１０には、筐体４０を支持する支持領域（庇部）４４が存在する。その支持領域４４において筐体４０と半導体モジュール１とが、接着剤、あるいは上側の配線基板２０又は筐体４０の内周面にネジ部を設けその螺合によって固着される。
【００５２】
以上のように、本願の半導体モジュールはカメラモジュールに採用することができる。
【００５３】
これに対して、従来の構造においては、レンズを駆動するための駆動ＩＣや受動素子を配線基板１０と筐体４０とによって形成される空間内に平面的に並べて配置する必要があったため面積が大きくなっていた。
【００５４】
しかしながら、上述のように、本願の半導体モジュールをカメラモジュールに採用することにより、小型化したカメラモジュールを得ることができる。即ち、レンズを駆動するための駆動ＩＣや受動素子を上側の配線基板２０の開口部２１周辺に配置することができるための小型化が可能となる。
【００５５】
なお、上述の図３乃至図７において封止樹脂２８０で上側の配線基板１０を覆った構造を示したが、その封止樹脂２８０は必要に応じて設けるものである。封止樹脂を設けると、チップ部品２３を保護することができ、設けない場合にはその封止樹脂の分だけ軽量化を図ることができる。
【００５６】
また、本願の半導体モジュールにおいては、上側の配線基板１０の外周端部は下側の配線基板２０の外周端部よりも内側にあるか、あるいは上側及び下側の配線基板の外周端部面が同一面であってもよい。
【符号の説明】
【００５７】
１  半導体モジュール、１０  下側の配線基板、１１  半導体素子、１５  基材、１６  受光部、１７  凹部、２０  上側の配線基板、２１  開口部、２２  ＩＲカットフィルター、２３  駆動ＩＣ、受動素子、２４  凹凸、２５  金属層、３０  はんだボール、３１  アンダーフィル、４０  筐体、４１  レンズ、１６０  第１の電極、１６１  第２の電極。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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