(57)【要約】  【課題】  ねじりが加わった際のはんだ剥離を防止でき、生産性にも優れたメモリーカードを提供する。  【解決手段】  半導体装置１０外装材１、４に収納されたメモリーカードであって、半導体装置１０は、はんだ６を介して基板４に接合されており、外装材１、４の内側の加圧部材７、８が、はんだ６のうち、半導体装置１０の角部近傍のはんだを押圧している。このことにより、加圧部材７、８の位置において、基板４とはんだ６との間に引張り力が発生することを防止でき、ねじりが加わった際のはんだ剥離を防止することができる。また、基板４全体を樹脂材で固める必要がないので、生産性にも優れている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置が外装材に収納されたメモリーカードであって、
前記半導体装置は、はんだを介して基板に接合されており、
前記はんだのうち前記半導体装置の角部近傍のはんだに対向する位置に、加圧部材が配置されており、前記加圧部材が前記角部近傍のはんだを押圧していることを特徴とするメモリーカード。
【請求項２】
前記加圧部材が押圧している部分は、前記外装材の厚さ方向において、前記外装材の内面と前記はんだとの間に空隙が形成されていない請求項１に記載のメモリーカード。
【請求項３】
前記加圧部材は、前記外装部材より高剛性な部材を含んでいる請求項１又は２に記載のメモリーカード。
【請求項４】
前記外装部材内に搭載された電子部品が、前記加圧部材を兼ねている請求項１から３のいずれかに記載のメモリーカード。
【請求項５】
前記加圧部材は、前記外装材の内面に設けた突起部を含んでいる請求項１から４のいずれかに記載のメモリーカード。
【請求項６】
前記加圧部材は、弾性部材を含んでいる請求項１から５のいずれかに記載のメモリーカード。
【請求項７】
前記加圧部材は、発泡材料を含んでおり、前記発泡材料の発泡により前記はんだが押圧されている請求項１から６のいずれかに記載のメモリーカード。
【請求項８】
前記加圧部材の近傍に、前記メモリーカードの厚さを規制する支持部材をさらに備えた請求項１から７のいずれかに記載のメモリーカード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外力に対して信頼性の高い半導体メモリーカードの堅牢構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
図８は、従来のメモリーカードの一例の内部構造を示す平面図である。図９は、図８に示したメモリーカードのＤ−Ｄ′線における断面図である。図１０は、図８のメモリーカードにトルクが加わったときの基板変形状態を示している。各図において、１０１は下ケース、１１０は上ケース、１０３は第１基板、１０４は第２基板、１０５はベアチップメモリー（以下「チップ」という）、１０２ははんだ、１０６はコンデンサ等の部品である。また、１０７はねじり中心軸、１０８はねじり方向を示す矢印、１０９はねじれ時に保持されトルクが負荷される領域、１１１はねじり方向１０８にトルクが印加された際の第１基板に加わる力である。また、図示はしていないが、ボール状のはんだ１０２に対応する部分の各基板には、はんだ１０２が接合する銅箔部（ランド）が形成されている。
【０００３】
第２基板１０４の両面にチップ１０５が実装されて半導体装置１１２を形成している。第２基板１０４と第１基板１０３とは、ボール状のはんだ１０２の列で接続されている。図８の例では、第２基板１０４が同一平面内に間隙を有して水平方向に２枚配置されており、チップ１０５は各第２基板１０１の両面に２枚づつ合計４枚が搭載されていることとなる。
【０００４】
第１基板１０３、第２基板１０４は共に厚みは０．５ｍｍ以下である。図９に示したように、第１基板１０３は、上ケース１１０及び下ケース１０１で形成される空間内に収納される。この状態において、第１基板１０３は上ケース１１０と一体の突起１１３で押さえられて位置決めされている。
【０００５】
なお、上ケース１１０及び下ケース１０１は共に厚み０．５ｍｍ以下の樹脂で形成され、外周を超音波溶着されている。
【０００６】
また、前記のように、基板をボール状のはんだを介して接合する技術は、例えば特許文献１−４に開示されている。
【特許文献１】特開昭６２−３５５２８号公報
【特許文献２】特開平６−６９２８１号公報
【特許文献３】特開平７−２４０４９６号公報
【特許文献４】特開２０００−３１３１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記のようなメモリーカードは、厚みが２ｍｍ程度と規格により規制されており、この規制の下で厚さ１ｍｍ又はそれ以上の半導体装置を収納する必要がある。このため、第１、第２基板１０３、１０４、上下ケース１１０、１０１は、それぞれ厚さが０．５ｍｍ以下と非常に薄くなっており、これらの剛性は極めて低くなっている。
【０００８】
この場合、第１基板１０３と第２基板１０４とを比べてみると、高剛性のチップ１０５が接合されている第２基板１０４は、第１基板１０３より変形に強くなっている。その結果、図８の矢印１０８のようにメモリーカードの短辺に、ねじり中心軸１０７を中心としたトルクを印加した場合、突起１１３が第１基板１０３を押圧することになるが、図１０に示したように、第２基板１０４は変形が抑えられるのに対して、第１基板１０３は、図８の線ＤＤ′のうちＤ側が下方に大きく変形する。このため、前記のＤ側のはんだ１０２には、矢印１１１方向に引張り力が発生し、第１基板１０３とはんだ１０２との界面ではんだ剥離が発生することになる。
【０００９】
各種メモリーカードは必ずしも本構成と同一構成ではないが、基板厚み、ケース厚みは同様に０．５ｍｍｍ以下と薄く、剛性が弱いことは同様である。このため、メモリーカードは、ねじれ変形等の外力に対してはんだ剥離に対する信頼性が問題になっていた。この場合、基板とはんだ部を樹脂材で固め、剥離を防止することも行われているが、樹脂材の直材コストのみならず、樹脂材を塗布する工程、乾燥させる工程が必要となり、生産性向上の観点からの問題があった。
【００１０】
本発明では、前記のような従来の問題を解決するものであり、ねじりが加わった際のはんだ剥離を防止でき、生産性にも優れたメモリーカードを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的を達成するために、本発明のメモリーカードは、半導体装置が外装材に収納されたメモリーカードであって、前記半導体装置は、はんだを介して基板に接合されており、前記はんだのうち前記半導体装置の角部近傍のはんだに対向する位置に、加圧部材が配置されており、前記加圧部材が前記角部近傍のはんだを押圧していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のメモリーカードよれば、ねじりが加わった際のはんだ剥離を防止することができ、生産性にも優れている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は、半導体装置の角部近傍のはんだを押圧する加圧部材を設けているので、基板とはんだ界面との間に引張り力が発生することを防止でき、ねじりが加わった際のはんだ剥離を防止することができる。また、基板を樹脂材で固める必要がないので、生産性にも優れている。
【００１４】
前記本発明のメモリーカードにおいては、前記加圧部材が押圧している部分は、前記外装材の厚さ方向において、前記外装材の内面と前記はんだとの間に空隙が形成されていないことが好ましい。この構成によれば、加圧部材を設けた位置において、ねじりが加わった際に、メモリカード内の厚さ方向の間隙を略一定に保つことができ、より確実にはんだ剥離を防止することができる。
【００１５】
また、前記加圧部材は、前記外装部材より高剛性な部材を含んでいることが好ましい。この構成によれば、ねじりが加わった際に、メモリカードの厚さ方向の間隙をより確実に略一定に保つことができる。
【００１６】
また、前記外装部材内に搭載された電子部品が、前記加圧部材を兼ねていることが好ましい。この構成によれば、別途加圧部材を設けることなく、より簡単な構造かつ低コストで、はんだ剥離を防止することができる。
【００１７】
また、前記加圧部材は、前記外装材の内面に設けた突起部を含んでいることが好ましい。この構成によれば、部品点数が増えることなく、外装材自体の剛性も向上できる。
【００１８】
また、前記加圧部材は、弾性部材を含んでいることが好ましい。この構成によれば、弾性部材の圧縮により高さ調整できるので、公差設計が容易になる。
【００１９】
また、前記加圧部材は、発泡材料を含んでおり、前記発泡材料の発泡により前記はんだが押圧されていることが好ましい。この構成によれば、発泡材を用いることにより、公差を考慮することなく、はんだを加圧できるため、設計が容易となる。
【００２０】
また、前記加圧部材の近傍に、前記メモリーカードの厚さを規制する支持部材をさらに備えたことが好ましい。この構成によれば、ねじりが加わった際に、メモリカード内の厚さ方向の間隙をより確実に略一定に保つことができる。
【００２１】
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２２】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るメモリーカードの内部構造を示す平面図である。図２は、図１に示したメモリーカードのＡ−Ａ′線における断面図である。なお、図１は、上ケース１の無い状態で図示しているが、図２は上ケース１の有る状態で図示している。図３は、図１の点線部Ｂの拡大図である。
【００２３】
図１、２に示したように、外装材である樹脂製の上ケース１と下ケース２とで形成される内部空間に、半導体ベアチップメモリー（以下「チップ」という。）３、第１基板４、第２基板５が配置されている。上ケース１と下ケース２とは、各ケースの周囲部同士を接触させて超音波溶着している。
【００２４】
詳細は以下に説明するように、本実施の形態によれば、厚さが薄く剛性の低いメモリーカードにおいても、はんだ剥離を防止することができるので、例えば第１基板の厚さが１ｍｍ以下で、上下ケース１、２の合計厚が１ｍｍ以下のメモリーカードに適している。本実施の形態では、メモリーカードの厚さを２ｍｍ程度に抑えるために、第１、第２基板４、５の厚さは、０．５ｍｍ以下とし、上下ケース１、２の厚さも０．５ｍｍ以下としている。
【００２５】
第１基板４、第２基板５には、はんだ６が接合する銅箔で形成されたランド（図示せず）が形成されており、第１基板４と第２基板５とはランドに接合されたボール状のはんだ６の列を介して接合されている。第２基板５の両面に、チップ３が実装されて半導体装置１０を形成している。本図の例では、水平方向に、２個の半導体装置１０が収納されており、合計４個のチップ３が搭載されていることになる。１７はねじり中心軸、１８はねじり方向を示す矢印、１９はねじれ時に保持されトルクが負荷される領域を示している。
【００２６】
図２、３において、メモリーカードは、加圧部材である突起７及び弾性部材８を備えている。突起７は上ケース１の内面に形成され、下ケース２側に突出している。弾性部材８は、下ケース２のうち突起７と対向する位置に設けている。図２、３のように、上ケース１と下ケース２とを溶着した状態においては、突起７が第２基板５を上側から押さえ、弾性部材８が第１基板４を下側から押さえている。
【００２７】
このことにより、上ケース１、下ケース２の各内面とはんだ６の接合部との間には、空隙が形成されていないことになり、突起７及び弾性部材８は、第１基板４及び第２基板５を介して、はんだ６を押圧していることになる。
【００２８】
ここで、上ケース１と下ケース２との溶着により溶着部は溶融し、溶着後は溶着前に比べカード厚みが若干減少する。このため、弾性部材８を剛体部材とすると、高さ方向の公差を厳格にしなければならない。本実施の形態では、溶着後の弾性部材８の圧縮により高さが調整されるとともに、加圧力が発生することになり、加圧力を発生させつつ、公差設計も容易になる。
【００２９】
次に、突起７及び弾性部材８の位置について説明する。図１に突起７の位置を破線で示している。突起７は、列状に配置されたはんだ６のうち、半導体装置２０の角部近傍のはんだに対向する位置に配置されている。
【００３０】
この構成によれば、ねじり中心軸１７回りに矢印１８方向にねじりが加わった場合においても、第２基板４と第１基板５の間隙は略一定に保たれ、突起７及び弾性部材８が第１基板４及び第２基板５を介して、はんだ６を押圧している状態は維持される。
【００３１】
したがって、突起７及び弾性部材８を設けた位置においては、第１基板とはんだ界面との間に引張り力が発生することを防止でき、図１０に示したように、はんだ１０２が第１基板１０３から剥離することを防止できる。また、加圧部７を設けたことにより、ケース自体の剛性も向上でき、変形を抑えることができる。
【００３２】
また、第２基板５の角部すなわち半導体装置１０の角部を押圧しているのは、突起７及び弾性部材８を設けていない場合、図１のように、ねじり中心軸１７回りに矢印１８方向にねじりが加わったときに、はんだ６の列のうち、端部のはんだ６は中央部のはんだ６に比べ、大きな引張力が発生するためである。
【００３３】
より具体的には、第２基板５はチップ３で挟まれているため剛性が高く、ねじり中心軸１７回りに矢印１８方向にねじりが加わったときに、ほぼ平面状態で傾斜し、第２基板５下部の第１基板４もほぼ平面状態で傾斜する。一方、第２基板５外側部の第１基板４は、第１基板４の剛性だけで変形するため、変形量が大きなる。したがって、第２基板５下部の第１基板４と第２基板５外側部の第１基板４とでは曲率半径が大きく異なることになり、端部のはんだ部では、曲率変化が大きくなり、大きな歪みが発生することとなる。このため、はんだ６の列のうち、端部のはんだ６は中央部のはんだ６に比べ、大きな引張力が発生することになる。
【００３４】
実際に、有限要素解析による応力シミュレーションを行なった結果、前記の推測を裏付ける結果が得られ、メモリーカードにねじれや曲げをさせたときに、主応力が最も大きくなるはんだ６は、はんだ６の列のうち、第２基板５の角部のはんだ６であることが判明した。
【００３５】
（実施の形態２）
図４は実施の形態２に係るメモリーカードの断面図である。本図は前記実施の形態１の図３に相当する。図３の構成と比較すると、図４の構成では、第２基板５に相当する基板はなく、半導体装置１３はパッケージでモールドされた半導体電子部品１１と、半導体電子部品１１の側面から延出したリード１２とで構成されている。
【００３６】
リード１２は複数本であり、各リード１２がはんだ６により、第１基板４に接合されて、半導体装置１３は第１基板４に実装されている。このため、図１と同様に、はんだ６は列状に配置されていることになる。
【００３７】
本実施の形態では、下ケース４の下部に加圧部材である弾性部材８ａを備えているともに、はんだ６上部と上ケース１との間も、上ケース１とは別個に加圧部材である弾性部材８ｂを備えている。この構成によれば、上ケース１と下ケース４とを接合した状態で、弾性部材８ａと８ｂとが、第１基板４及びはんだ６を押圧している構成にすることができる。したがって、実施の形態１と同様に、ねじり変形時におけるはんだ６の第１基板４からの剥離を防止することができる。
【００３８】
なお、実施の形態２の構成は、前記の図２、３における第２基板５に相当するものがなく、半導体電子部品１１が基板に直接接合した構成ではないが、この構成においても、弾性部材８ａ、８ｂのような加圧部材を設けない場合は、はんだ６の列のうち、端部のはんだ６は中央部のはんだ６に比べ、大きな引張力が発生することが確認できた。
【００３９】
このため、弾性部材８ａ、８ｂは、前記実施の形態１の突起７及び弾性部材８と同様に、列状に配置されたはんだ６のうち、半導体装置１３の角部近傍のはんだ６に対向する位置に配置されている。
【００４０】
（実施の形態３）
図５は、実施の形態３に係るメモリーカードの内部構造を示す平面図である。図６は、図１に示したメモリーカードのＣ−Ｃ′線における断面の拡大図である。実施の形態３は、基本構成は実施の形態１と同様であるが、メモリーカードの厚さを規制する支持部材である挿入リブ１４を設けている点が、実施の形態１と異なる。
【００４１】
図５において、挿入リブ１４は、第１基板４のうち、半導体装置１０の外側でかつ半導体装置１０の角部近傍に配置されている。より具体的には、図６に示したように、上ケース１と一体の挿入リブ１４は、第１基板４の貫通孔を貫通し、下ケース２のリブ溶着部１５において溶着されている。
【００４２】
この構成によれば、ねじれ時おいて、より確実に上ケース１と下ケース４との間隔を一定に保つことができるため、ねじり変形時におけるはんだ６の剥離防止により有利になる。
【００４３】
また、本実施の形態では、図２、３の弾性部材８の位置に、電子部品２０を配置しており、電子部品２０が加圧部材を兼ねている。電子部品１９が樹脂製の上下ケース１、４に比べ高剛性なものであれば、さらに確実に上ケース１と下ケース４との間隔を一定に保つことができ、はんだ６の剥離防止にさらに有利になる。
【００４４】
しかしながら、この構成では、実施の形態１で説明したように、高さ方向の公差を厳格にする必要があり、電子部品１９の位置に、実施の形態１と同様に、弾性部材８を配置する構成としてもよい。
【００４５】
なお、挿入リブ１４が第１基板４の貫通孔を挿通する例で説明したが、貫通孔に代えて、くびれ部（切り欠き部）としてもよい。
【００４６】
（実施の形態４）
図７は、実施の形態４に係るメモリーカードの断面図である。本図は前記実施の形態１の図３に相当する。図７（ａ）は上ケース１と下ケース２との加熱前の状態を示しており、図７（ｂ）は上ケース１と下ケース２との加熱後の状態を示している。
【００４７】
図７（ａ）において、はんだ６の上部と下部の双方には発泡材１６が配置されている。図７（ａ）は発泡材１６が膨らむ前の状態であり、第２基板５と発泡材１６との間には、空隙がある。
【００４８】
この状態で、上ケース１と下ケース２とを溶着し、ケース全体に熱を加えると、図７（ｂ）に示したように、発泡材１６が発泡し膨らむことになる。発泡材１６が膨んだ状態においては、発泡材１６は第１基板４及び第２基板５と密着し、はんだ６を押圧している。
【００４９】
この構成によれば、発泡材を用いることにより、公差を考慮することなく、はんだを加圧できるため、設計が容易となる。
【００５０】
なお、発泡材１６は、前記実施の形態１の突起７及び弾性部材８と同様に、列状に配置されたはんだ６のうち、半導体装置２１の角部近傍のはんだ６に対向する位置に配置されている。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明によれば、ねじりが加わった際のはんだ剥離を防止することができ、強固かつ生産性にも優れたメモリーカードの実現に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施の形態１に係るメモリーカードの内部構造を示す平面図。
【図２】図１に示したメモリーカードのＡ−Ａ′線における断面図。
【図３】図３は、図２の点線部Ｂの拡大図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係るメモリーカードの断面図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係るメモリーカードの内部構造を示す平面図。
【図６】図５に示したメモリーカードのＣ−Ｃ′線における断面の拡大図。
【図７】本発明の実施の形態４に係るメモリーカードの断面図であり、（ａ）は上ケース１と下ケース２との加熱前の状態の図、（ｂ）は上ケースと下ケースとの加熱後の状態の図。
【図８】従来のメモリーカードの一例の内部構造を示す平面図。
【図９】図８におけるＤ−Ｄ′線における断面図。
【図１０】図８のメモリーカードにねじりが加わった際の基板変形状態を示す断面図。
【符号の説明】
【００５３】
１  上ケース
２  下ケース
３  半導体ベアチップメモリ
４  第１基板
５  第２基板
６はんだ
７  突起
８  弾性部材
９  リード
１０，１３半導体装置
１１，２０  電子部品
１２  リード
１４  挿入リブ
１５  リブ溶着部
１６  発泡材
１７  ねじり中心軸
１８  ねじり方向
【図１】
2006163827.tif 000003
【図２】
2006163827.tif 000004
【図３】
2006163827.tif 000005
【図４】
2006163827.tif 000006
【図５】
2006163827.tif 000007
【図６】
2006163827.tif 000008
【図７】
2006163827.tif 000009
【図８】
2006163827.tif 000010
【図９】
2006163827.tif 000011
【図１０】
2006163827.tif 000012