(57)【要約】【課題】高い実装信頼性を確保しつつ、キャップを半導体装置本体に正確かつ容易に装着でき、キャップの取り外しも容易な半導体モジュールを実現する。【解決手段】本発明の半導体モジュール１は、半導体装置本体１０に金属製のキャップ２０が装着されることにより構成される。キャップ２０は、半導体装置本体１０を覆うことにより、半導体装置本体から発生する電磁波ノイズを遮断する。半導体装置本体１０と天板との間には、シート材３０が挟みこまれ、シート材３０は、半導体装置本体１０と天板とを引き離す方向に力を及ぼす。一方、キャップ２０の側板に形成された鉤状部２２ａ・２４ａは、上記の力により配線基板１１の裏面と当接する。これにより、キャップ２０は、半導体装置本体１０に安定して保持される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品が実装される配線基板を備える半導体装置本体と、
前記半導体装置本体を覆う金属製のキャップと、
前記キャップは、１つの天板と、複数の側板とから構成され、
前記半導体装置本体と前記天板との間に挟みこまれることにより前記半導体装置本体と前記天板とを引き離す方向に力を及ぼす弾性部材とを有し、
前記複数の側板のうち対向する２つの側板の下辺には、前記キャップの内側に曲がった鉤状部が形成され、
前記鉤状部は、前記配線基板の前記天板と対向する面の裏面と当接して、前記半導体装置本体と前記天板とが所定の距離以上に離れないように前記キャップの位置を規制することを特徴とする半導体モジュール。
【請求項２】
前記弾性部材は、板状のシート材であ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】
前記シート材は、前記キャップが前記半導体装置本体に装着される際に、予め前記天板の内面に接着され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】
前記シート材は、エラストマー状態のシリコン樹脂であることを特徴とする請求項２または３に記載の半導体モジュール。
【請求項５】
前記シート材は、前記電子部品と前記天板との間に挟みこまれ、
前記電子部品は平坦な上面を有し、当該上面全体が前記シート材と接触していることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の半導体モジュール。
【請求項６】
前記鉤状部は、前記配線基板のグランドと同電位の金属部と当接することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体モジュール。
【請求項７】
電子部品が実装される配線基板を備える半導体装置本体と、
前記半導体装置本体を覆う金属製のキャップとを有し、
前記キャップは、１つの天板と、複数の側板とから構成され、前記天板の一部を破断して前記キャップの内側に折り曲げることにより形成された折曲部を有し、
前記折曲部は、前記半導体装置本体によって付勢され、
前記複数の側板のうち対向する２つの側板の下辺には、前記キャップの内側に曲がった鉤状部が形成され、
前記鉤状部は、前記配線基板の前記天板と対向する面の裏面と当接して、前記半導体装置本体と前記天板とが所定の距離以上に離れないように前記キャップの位置を規制することを特徴とする半導体モジュール。
【請求項８】
前記折曲部は、グランドと同電位の部分と接触し、
前記鉤状部は、前記配線基板のグランドと同電位の金属部と当接することを特徴とする請求項７に記載の半導体モジュール。
【請求項９】
前記折曲部と接触する前記グランドと同電位の部分は、シリコンであることを特徴とする請求項８に記載の半導体モジュール。
【請求項１０】
前記鉤状部は、前記側板の下辺の両端を含まない部分に形成されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の半導体モジュール。
【請求項１１】
さらに対向する他の２つの側板の下辺にも、前記鉤状部が形成されることを特徴とする請求項１０に記載の半導体モジュール。
【請求項１２】
前記鉤状部が形成された前記側板と前記天板との角度は、鋭角であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の半導体モジュール。
【請求項１３】
前記配線基板が、前記半導体モジュールが実装されるプリント回路基板と接合されるはんだ製の外部接続電極を有し、前記電子部品が、前記配線基板と接合されるはんだ製の外部接続端子を有する半導体素子である場合、
前記半導体素子と前記配線基板との間に、はんだよりも融点の高いアンダーフィル材が設けられていること特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の半導体モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、情報通信機器などの電子機器に利用される電子部品（半導体チップを構成要素とする半導体素子、およびインダクタ、コンデンサ、抵抗などの受動部品）を内蔵する半導体モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報通信機器などの電子機器の分野では、内部に搭載される電子部品の小型化、高機能化、高密度実装化が図られており、また、それら電子部品をモジュール化して更なる高機能化、高密度実装化が図られている。これらのモジュールは、配線基板へ実装した後の実装信頼性が重要となる。また、モジュール内で実装された電子部品の実装信頼性も当然重要な因子である。
【０００３】
半導体装置本体を外部に露出したままプリント回路基板に実装すると、半導体装置本体から発生する電磁波ノイズがプリント回路基板上の他の電子部品等に影響を及ぼすため、動作信頼性が低下するおそれがある。そこで、半導体装置本体を金属製のキャップで覆うことにより、半導体装置本体から発生する電磁波ノイズを遮断することのできる半導体モジュールが提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００４】
図１１は、特許文献１に開示されている表面実装型の半導体モジュール１０１を示す断面図である。半導体モジュール１０１は、半導体装置本体１１０および金属製のキャップ１２０から構成されており、プリント回路基板（図示せず）上に実装される。半導体装置本体１１０は、配線基板１１１、半導体素子１１２、および外部接続電極１１３を備えている。配線基板１１１の表面側には、半導体素子１１２および導体パターン１１４が実装されている。半導体素子１１２および導体パターン１１４は、ボンディングワイヤ１１５によって互いに接続されており、封止樹脂１１６によって封止されている。配線基板１１１の裏面側にも導体パターン１１４が実装されており、表面側の導体パターン１１４と裏面側の導体パターン１１４とがスルーホールを介して接続されている。配線基板１１１の裏面側には、導体パターン１１４と接続されている外部接続電極１１３が形成されている。
【０００５】
ここで、半導体モジュール１０１の上面および側面は、金属製のキャップ１２０によって覆われている。キャップ１２０の下端は、外部接続電極１１３の突端に対し一定高さ位置に形成されている。このように、半導体モジュール１０１の上部および側部を、シールドとしてのキャップ１２０で完全に覆う構造としたため、より完全に電磁波ノイズを遮断することができる。
【０００６】
また、半導体モジュール１０１のプリント回路基板への実装時に、プリント回路基板と電気的に接続される外部接続電極１１３とキャップ１２０の下端との相対高さ位置を適当な一定値にしたため、外部接続電極１１３とキャップ１２０の下端のプリント回路基板に対する接続が、はんだリフロー法等の表面実装法により、確実に品質良く一括に行うことができる。
【０００７】
また、キャップ１２０の側面を垂直にすることにより、内蔵される配線基板１１１の位置を上下に調整することができる。さらに、キャップ１２０の側面内側には、凸部１２１が設けられている。凸部１２１は、配線基板１１１の側面に当接してその水平方向位置を規制し、常に同じ相対位置に配線基板１１１を固定することができるようにしている。このように、凸部１２１が配線基板１１１を押さえ保持しているので、配線基板１１１がキャップ１２０に固定され、製造が容易になる。
【０００８】
また、封止樹脂１１６とキャップ１２０の上部内側とが、接着剤１３０により固定されている。これにより、さらに容易かつ確実にキャップ１２０と半導体モジュール１０１とを固定できる。また、接着される封止樹脂１１６とキャップ１２０の上部内側との間隔が様々であっても、接着剤１３０の量の調整だけで対応でき、製造が容易である。
【特許文献１】特開平１１−２５６４１２号公報（平成１０年９月２５日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記従来の構成では、キャップを半導体装置本体に正確に装着しにくく、キャップの取り外しに手間がかかるという問題を生じる。
【００１０】
具体的には、製造時における位置ずれを起こりにくくするため、キャップ１２０の対向する側面に配置された凸部１２１は、ある程度の強度を持って配線基板１１１を挟み込む必要がある。そのため、凸部１２１を配線基板１１１の側面に押し当てながら、キャップ１２０を半導体装置本体１１０に被せることとなる。しかしながら、キャップ１２０およびプリント回路基板の寸法公差を加味して嵌めなければならないため、半導体装置本体１１０キャップ１２０を被せた状態で、配線基板１１１とプリント回路基板とを水平に保つことは困難である。
【００１１】
なお、キャップ１２０の側面を上下に調整することにより、内蔵される配線基板１１１の位置を上下に調整することは可能である。しかしながら、上記寸法公差からキャップ１２０の側面の垂直性が崩れるため、キャップ１２０の下端部のはんだ付け位置もずれることになる。
【００１２】
また、半導体装置本体１１０が、特許文献１では開示されていないボールグリッドアレイタイプの場合、キャップ１２０を半導体装置本体１１０の上部において接着剤１３０で固定すると、キャップ１２０と半導体装置本体１１０との相対的な移動自由度が制限される。そのため、温度変化に対する熱衝撃に対し、外部接続電極１１３における負荷が増して、外部接続電極１１３が分断され、実装信頼性が劣る原因となる。
【００１３】
また、半導体装置本体１１０や、キャップ１２０内のその他の部位に異常があり、その異常部分を取り替えあるいは解析を必要とする場合、キャップ１２０が、はんだ接合されているため、キャップ１２０を取り外すには、再度加熱して、はんだを溶融する必要がある。
【００１４】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、高い実装信頼性を確保しつつ、キャップを半導体装置本体に正確かつ容易に装着でき、キャップの取り外しも容易な半導体モジュールを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係る半導体モジュールは、上記課題を解決するために、電子部品が実装される配線基板を備える半導体装置本体と、前記半導体装置本体を覆う金属製のキャップと、前記キャップは、１つの天板と、複数の側板とから構成され、前記半導体装置本体と前記天板との間に挟みこまれることにより前記半導体装置本体と前記天板とを引き離す方向に力を及ぼす弾性部材とを有し、前記複数の側板のうち対向する２つの側板の下辺には、前記キャップの内側に曲がった鉤状部が形成され、前記鉤状部は、前記配線基板の前記天板と対向する面の裏面と当接して、前記半導体装置本体と前記天板とが所定の距離以上に離れないように前記キャップの位置を規制することを特徴としている。
【００１６】
上記の構成によれば、金属製のキャップは、半導体装置本体を覆うことにより、半導体装置本体から発生する電磁波ノイズが外部に影響を及ぼさないよう遮断するシールドとして機能する。また、半導体装置本体とキャップの天板との間に挟みこまれる弾性部材の復元力により、弾性部材は、半導体装置本体とキャップとを引き離す方向に力を及ぼす。一方、キャップの側板の下辺に形成された鉤状部は、配線基板の裏面と当接することにより、半導体装置本体とキャップの天板とが所定の距離以上に離れないようにキャップの位置を規制する。
【００１７】
これにより、キャップは、半導体装置本体に安定して保持されるため、機械的な振動や温度変化による熱衝撃を緩和できる。また、半導体素子の実装部分において、例えば半導体素子の外部接続端子に亀裂が入り分断された場合でも、弾性部材の復元力により電気的な接続が維持される。これにより、高い実装信頼性を確保できる。
【００１８】
また、キャップを半導体装置本体に装着する際に、弾性部材を半導体装置本体とキャップの天板との間に挟みこむだけであるので、厳密な位置あわせを必要としない。さらに、半導体装置本体とキャップとは金属接合されていないので、キャップの取り外しが容易である。
【００１９】
したがって、高い実装信頼性を確保しつつ、キャップを半導体装置本体に正確かつ容易に装着でき、キャップの取り外しも容易な半導体モジュールを実現できるという効果を奏する。
【００２０】
本発明に係る半導体モジュールでは、前記弾性部材は、板状のシート材であることが好ましい。
【００２１】
上記の構成によれば、弾性部材は、板状のシート材であるので、キャップを半導体装置本体に装着する際に、半導体装置本体に載せやすく、キャップの装着が容易になる。
【００２２】
本発明に係る半導体モジュールでは、前記シート材は、前記キャップが前記半導体装置本体に装着される際に、予め前記天板の内面に接着されていることが好ましい。
【００２３】
上記の構成によれば、予めシート材が天板の内面に接着された状態で、キャップが半導体装置本体に装着されるので、シート材を半導体装置本体に載せた状態でキャップを半導体装置本体に装着した場合にシート材の位置がずれてしまうという不都合が生じない。したがって、さらに容易にキャップを半導体装置本体に装着することができる。
【００２４】
本発明に係る半導体モジュールでは、前記シート材は、エラストマー状態のシリコン樹脂であることが好ましい。
【００２５】
上記の構成によれば、エラストマー状態のシリコン樹脂は、半導体モジュールをプリント回路基板に実装する際に晒される最高温度に対しても耐熱性があり、最終製品での環境下においても弾性を保ち、かつ破断寿命も変化しにくい。また、ゴムよりも再成形が容易であるので、再利用しやすい。したがって、シート材がゴムの場合よりも、省資源化が図れるという効果を奏する。
【００２６】
本発明に係る半導体モジュールでは、前記シート材は、前記電子部品と前記天板との間に挟みこまれ、前記電子部品は平坦な上面を有し、当該上面全体が前記シート材と接触していることが好ましい。
【００２７】
上記の構成によれば、電子部品の上面全体がシート材と接触しているため、シート材は、上面とキャップの天板とで挟まれた領域および当該領域の近傍のみ圧縮され、それ以外の領域は、シート材が圧縮されていない状態の厚さと等しい。したがって、キャップが半導体装置本体に装着された状態では、シート材の位置がずれにくく、より安定してキャップを保持することができる。また、半導体素子の水平方向の衝撃力、応力が緩和され、配線基板に対する半導体素子の接合信頼性が向上する。
【００２８】
本発明に係る半導体モジュールでは、前記鉤状部は、前記配線基板のグランドと同電位の金属部と当接することが好ましい。
【００２９】
上記の構成によれば、鉤状部はキャップの一部であるので、鉤状部が配線基板のグランドと同電位の金属部と当接することにより、キャップ全体がグランドと同電位となる。したがって、半導体装置本体から発生する電磁波ノイズの影響をさらに低減することができる。
【００３０】
本発明に係る半導体モジュールは、上記課題を解決するために、電子部品が実装される配線基板を備える半導体装置本体と、前記半導体装置本体を覆う金属製のキャップとを有し、前記キャップは、１つの天板と、複数の側板とから構成され、前記天板の一部を破断して前記キャップの内側に折り曲げることにより形成された折曲部を有し、前記折曲部は、前記半導体装置本体によって付勢され、前記複数の側板のうち対向する２つの側板の下辺には、前記キャップの内側に曲がった鉤状部が形成され、前記鉤状部は、前記配線基板の前記天板と対向する面の裏面と当接して、前記半導体装置本体と前記天板とが所定の距離以上に離れないように前記キャップの位置を規制することを特徴としている。
【００３１】
上記の構成によれば、金属製のキャップは、半導体装置本体を覆うことにより、半導体装置本体から発生する電磁波ノイズが外部に影響を及ぼさないよう遮断するシールドとして機能する。また、折曲部は、上面の一部を破断してキャップの内側に折り曲げることにより形成されているので、キャップの外側方向に押し上げられると、キャップの内側方向に弾性力を及ぼす。したがって、折曲部は、半導体装置本体半導体装置本体によって付勢されることにより、半導体装置本体とキャップとを引き離すように力を及ぼす。一方、キャップの側板の下辺に形成された鉤状部は、配線基板の裏面と当接することにより、半導体装置本体とキャップの天板とが所定の距離以上に離れないようにキャップの位置を規制する。
【００３２】
これにより、キャップは半導体装置本体に安定して保持されるため、機械的な振動や温度変化による熱衝撃を緩和できる。また、半導体素子の実装部分において、例えば半導体素子の外部接続端子に亀裂が入り分断された場合でも、折曲部の復元力により電気的な接続が維持される。したがって、高い実装信頼性を確保できる。
【００３３】
また、キャップを半導体装置本体に装着する際に、弾性部材を半導体装置本体とキャップの天板との間に挟みこむだけであるので、厳密な位置あわせを必要としない。さらに、半導体装置本体とキャップとは金属接合されていないので、キャップの取り外しが容易である。
【００３４】
したがって、高い実装信頼性を確保しつつ、キャップを半導体装置本体に正確かつ容易に装着でき、キャップの取り外しも容易な半導体モジュールを実現できるという効果を奏する。
【００３５】
本発明に係る半導体モジュールでは、前記折曲部は、前記電子部品のグランドと同電位の部分と接触し、前記鉤状部は、前記配線基板のグランドと同電位の部分と当接することが好ましい。
【００３６】
上記の構成によれば、折曲部および鉤状部はキャップの一部であるので、折曲部が電子部品のグランドと同電位の部分と接触し、鉤状部が配線基板のグランドと同電位の金属部と当接することにより、キャップ全体がグランドと同電位となる。したがって、半導体装置本体から発生する電磁波ノイズの影響をさらに低減することができる。
【００３７】
本発明に係る半導体モジュールでは、前記折曲部と接触する前記グランドと同電位の部分は、シリコンであってもよい。
【００３８】
本発明に係る半導体モジュールでは、前記鉤状部は、前記側板の下辺の両端を含まない部分に形成されてもよい。
【００３９】
本発明に係る半導体モジュールでは、さらに対向する他の２つの側板の下辺にも、前記鉤状部が形成されることが好ましい。
【００４０】
上記の構成によれば、配線基板の裏面と当接する鉤状部が４つ設けられるので、キャップは、キャップの天板の縦方向、横方向のいずれの方向にも動きにくくなり、安定して保持される。
【００４１】
本発明に係る半導体モジュールでは、前記鉤状部が形成された前記側板と前記天板との角度は、鋭角であることが好ましい。
【００４２】
上記の構成によれば、側板がキャップの内側に傾斜しているので、側板の内面が配線基板の側面と接触する。したがって、キャップによって半導体装置本体をさらに密閉して覆うことができる。
【００４３】
本発明に係る半導体モジュールでは、前記配線基板が、前記半導体モジュールが実装されるプリント回路基板と接合されるはんだ製の外部接続電極を有し、前記電子部品が、前記配線基板と接合されるはんだ製の外部接続端子を有する半導体素子である場合、前記半導体素子と前記配線基板との間に、はんだよりも融点の高いアンダーフィル材が設けられていることが好ましい。
【００４４】
上記の構成によれば、アンダーフィル材は、はんだよりも融点が高いので、半導体モジュールをプリント回路基板に実装する際のはんだ付けの温度を、はんだの融点以上かつアンダーフィル材の融点未満の温度とすることにより、半導体素子の外部接続端子が融解しても、アンダーフィル材は融解しない。したがって、半導体モジュールをプリント回路基板に実装する際に、半導体素子の外部接続端子が融解して、弾性部材の弾性力によって半導体素子が配線基板の方向へ押し下げられてしまうという不都合を回避できる。
【発明の効果】
【００４５】
本発明に係る半導体モジュールは、以上のように、電子部品が実装される配線基板を備える半導体装置本体と、前記半導体装置本体を覆う金属製のキャップと、前記キャップは、１つの天板と、複数の側板とから構成され、前記半導体装置本体と前記天板との間に挟みこまれることにより前記半導体装置本体と前記天板とを引き離す方向に力を及ぼす弾性部材とを有し、前記複数の側板のうち対向する２つの側板の下辺には、前記キャップの内側に曲がった鉤状部が形成され、前記鉤状部は、前記配線基板の前記天板と対向する面の裏面と当接して、前記半導体装置本体と前記天板とが所定の距離以上に離れないように前記キャップの位置を規制する。
【００４６】
また、本発明に係る半導体モジュールは、以上のように、電子部品が実装される配線基板を備える半導体装置本体と、前記半導体装置本体を覆う金属製のキャップとを有し、前記キャップは、１つの天板と、複数の側板とから構成され、前記天板の一部を破断して前記キャップの内側に折り曲げることにより形成された折曲部を有し、前記折曲部は、前記半導体装置本体によって付勢され、前記複数の側板のうち対向する２つの側板の下辺には、前記キャップの内側に曲がった鉤状部が形成され、前記鉤状部は、前記配線基板の前記天板と対向する面の裏面と当接して、前記半導体装置本体と前記天板とが所定の距離以上に離れないように前記キャップの位置を規制する。
【００４７】
したがって、高い実装信頼性を確保しつつ、キャップを半導体装置本体に正確かつ容易に装着でき、キャップの取り外しも容易な半導体モジュールを実現できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
〔実施の形態１〕
本発明の一実施形態について図１ないし図７に基づいて説明すると以下の通りである。
【００４９】
図１は本実施形態に係る半導体モジュール１を示す断面図である。半導体モジュール１は、半導体装置本体１０およびキャップ２０から構成されており、プリント回路基板４０上に実装される。半導体装置本体１０は、配線基板１１、半導体素子１２、および外部接続電極１３などを備えている。
【００５０】
キャップ２０と対向する配線基板１１の表面側には、半導体素子１２および導体パターン１４が実装されており、さらに、半導体モジュール１の特性に応じて、受動部品１５が実装される。配線基板１１の裏面側には、半導体素子１２、導体パターン１４および金属部１６が実装されており、さらに外部接続電極１３が形成されている。
【００５１】
半導体素子１２は、半導体チップを構成要素とする半導体パッケージであり、本実施形態では、ボールグリッドアレイの一種であるウエハレベルＣＳＰである。半導体素子１２は、はんだでできた外部接続端子１２ａにより、導体パターン１４上に接続される。また、受動部品１５は、配線基板１１上の絶縁体であるソルダーレジスト１７上に接続される。
【００５２】
なお、半導体モジュール１が、例えば、デジタル放送用チューナモジュールに用いられる場合、配線基板１１の表面側の半導体素子１２は、ＲＦ−ＩＣ（Radio Frequency Integrated Circuit）に相当し、配線基板１１の裏面側の半導体素子１２は、ＯＦＤＭ−ＩＣ（Orthogonal Frequency Division Multiple access Integrated Circuit）に相当し、受動部品１５は、インダクタ、コンデンサ、抵抗などが該当する。また、図中に記載していないが、配線基板１１には、ＬＰＦ（Low Pass Filter）、水晶振動子などの部品の実装も行われ、配線基板１１上に実装される素子や部品は、導体パターン１４を介して、相互に電気的な接続がなされている。
【００５３】
配線基板１１の裏面側に形成される外部接続電極１３は、プリント回路基板４０上に回路形成された金属配線４１に接続される。これにより、半導体モジュール１は、プリント回路基板４０上に実装された他の半導体モジュールや電子部品と相互に電気的に接続される。なお、プリント回路基板４０において、金属配線４１以外の領域は、絶縁体であるソルダーレジスト４２である。また、半導体モジュール１は、プリント回路基板４０上に複数個実装されてもよい。
【００５４】
さらに、半導体モジュール１では、キャップ２０が半導体装置本体１０を覆うように装着されている。キャップ２０は、主に、半導体装置本体１０から発生する電磁波ノイズが外部に影響を及ぼさないよう遮断するシールドとして機能する。
【００５５】
図２は、キャップ２０の斜視図である。キャップ２０は、金属板を切断、折り曲げ加工することで完成する。キャップ２０は、底面を欠いた直方体の形状であり、天板２１および４つの側板２２〜２５から構成されている。４つの側板２２〜２５のうち、向かい合う一対の側板２２および側板２４は、先端部がキャップ２０の内側に鋭角に曲げられることで、それぞれ鉤状部２２ａ・鉤状部２４ａを形成している。さらに、側板２２および側板２４は、それぞれ天板２１となす角度が鋭角であり、キャップ２０の内側に若干傾斜している。
【００５６】
側板２２および側板２４が、それぞれキャップ２０の内側に傾斜していることにより、キャップ２０が半導体装置本体１０に装着されると、側板２２および側板２４の内面が配線基板１１の側面と接触する。これにより、キャップ２０によって半導体装置本体１０をさらに密閉して覆うことができる。
【００５７】
なお、側板２２および側板２４は、キャップ２０の外側に撓むように形成されるのであれば、必ずしも天板２１に対し鋭角に傾斜していなくてもよい。
【００５８】
図３は、半導体モジュール１の断面図であり、キャップ２０を半導体装置本体１０に装着する前の状態を示している。図３に示すように、向かい合う鉤状部２２ａと鉤状部２４ａとの距離は、配線基板１１の一辺の長さより短い。これにより、図１に示すように、キャップ２０を半導体装置本体１０に嵌め込んだ状態では、隙間があまり発生しないように、キャップ２０が配線基板１１の側面あるいは角の部分に接触し挟んだ構造となる。
【００５９】
さらに、半導体素子１２の上面と天板２１との間には、弾性のあるシート材３０が挟みこまれている。キャップ２０を半導体装置本体１０に装着した状態において、シート材３０は、弾性力により常に元の厚さに復元しようと、キャップ２０と半導体装置本体１０とを引き離す方向に力を及ぼしている。
【００６０】
その結果、キャップ２０の鉤状部２２ａおよび鉤状部２４ａは、配線基板１１の裏面側に形成された金属部１６に接触し、上述の力で押し付けられる。ここで、キャップ２０が接触する金属部１６は、配線基板１１上の配線により半導体素子１２のグランド部と繋がっており、当該グランド部は、さらに外部接続電極１３の一つに接続されている。これにより、キャップ２０全体がグランドと同電位となるので、半導体装置本体１０から発生する電磁波ノイズの影響をさらに低減することができる。
【００６１】
ここで、キャップ２０およびキャップ２０が接触する金属部１６の表面に金メッキを施すことがさらに好ましい。これにより、電気的な接続性はより優れたものになる。これにより、電磁波ノイズの影響をさらに低減できる。
【００６２】
また、シート材３０の大きさは、半導体素子１２の上面より大きく、当該上面全体がシート材３０と接触していることがさらに好ましい。この場合、半導体素子１２の上面は、そのエッジ部分を起点として弾性のあるシート材３０にめり込む。これにより、シート材３０の位置がずれにくくなり、さらに、半導体素子１２の水平方向の衝撃力、応力が緩和され、配線基板１１に対する半導体素子１２の接合信頼性が向上する。
【００６３】
なお、半導体素子１２の外部接続端子１２ａと、配線基板１１裏面側の外部接続電極１３とが、同じ材質のはんだ、または同程度の融点のはんだである場合、半導体モジュール１をプリント回路基板４０へ実装する時に、外部接続端子１２ａも溶融するおそれがある。外部接続端子１２ａが融解した場合、シート材３０の弾性力によって半導体素子１２が配線基板１１の方向へ押し下げられてしまう不都合が生じる。
【００６４】
そこで、本実施形態では、半導体素子１２と配線基板１１との間に、はんだよりも融点の高いエポキシ系のアンダーフィル材５０を注入、熱硬化させている。これにより、外部接続端子１２ａが融解しても、アンダーフィル材５０は融解しない。したがって、シート材３０の弾性力によって半導体素子１２が配線基板１１の方向へ押し下げられることがなく、衝撃に対する強度を増すことができる。
【００６５】
また、配線基板１１の裏面側に半導体素子１２が実装されている場合、配線基板１１の裏面側の半導体素子１２とプリント回路基板４０との間に、ワニス状のシリコーン製の樹脂５１を流し込み、熱硬化させてもよい。これにより、半導体モジュール１をさらに安定して固定できると共に、半導体素子１２から発する熱をプリント回路基板４０に放散させることができる。
【００６６】
なお、本実施形態では、シート材３０を半導体素子１２の上面に載せた状態で、キャップ２０を半導体装置本体１０に装着してもよい。ただし、この場合、シート材３０を半導体素子１２の上面に載せてから、キャップ２０が半導体装置本体１０へ装着されるまでの間に、シート材３０が半導体素子１２の上面において位置がずれるおそれがある。
【００６７】
そこで、図４に示すように、キャップ２０を半導体装置本体１０に装着する際に、あらかじめシート材３０を、キャップ２０の天板２１の内面に接着しておくのが好ましい。シート材３０は、接着剤５２によって天板２１の内面の所定の位置に貼り付けられている。当該所定の位置は、キャップ２０が半導体装置本体１０に装着された状態で、シート材３０が半導体素子１２の上面全体と接触するように調整される。これにより、キャップ２０を半導体装置本体１０に装着する際に、さらに容易にシート材３０を所望の位置に挟みこむことができる。
【００６８】
なお、接着剤５２は、耐熱性があり熱圧着できるエポキシ系の接着剤であることが好ましい。接着剤５２の貼り付け後の厚さは、例えば０．０３ｍｍである。
【００６９】
図５は、半導体モジュール１の展開斜視図である。以下、図５を参照しながら、半導体モジュール１の各部材の具体的な寸法、構成材料の一例について説明する。
【００７０】
配線基板１１は、メタル６層を含む総厚０．４３ｍｍのガラスエポキシ製の基板で、縦７．０ｍｍ×横７．０ｍｍの大きさに切断されている。配線基板１１の裏面側外周部に形成される外部接続電極１３は、実装前では高さ０．４５ｍｍ、実装後には高さ０．４０ｍｍとなる。
【００７１】
半導体素子１２は、ＲＦ−ＩＣをウエハレベルＣＳＰ（Chip Size Package）にパッケージ化したものであり、大きさは縦３．６ｍｍ×横３．６ｍｍ、シリコン（ＩＣ）厚さは０．２ｍｍ、実装後の取り付け高さは０．３ｍｍである。なお、半導体素子１２は、ウエハレベルＣＳＰに限定されず、インターポーザ基板にはんだを外部接続端子として取り付けるその他半導体素子であってもよい。
【００７２】
受動部品１５は、インダクタ、コンデンサ、抵抗である。受動部品１５の大きさは、例えば、通称０６０３部品の場合、縦０．６ｍｍ×横０．３ｍｍ×高さ０．３ｍｍであり、実装後の取り付け高さは、プリント回路基板４０から０．３５ｍｍである。また、通称０４０２部品の場合、受動部品１５の大きさは、縦０．４ｍｍ×横０．４ｍｍ×高さ０．２ｍｍであり、実装後の取り付け高さは、プリント回路基板４０から０．２５ｍｍである。
【００７３】
シート材３０は、エラストマー状態のシリコーン製の樹脂（シロキサン結合を骨格とした高分子有機化合物）である。シート材３０の大きさは、半導体素子１２の上面より大きく、縦４．５×横４．５ｍｍであり、圧縮されていない状態での厚さは０．２５ｍｍである。また、シート材３０は、半導体モジュール１を実装する際に晒される最高温度（約２６０℃）に対しても耐熱性があり、最終製品での環境下（約−６０℃〜１５０℃）においても弾性を保ち、かつ破断寿命も変化しにくい。
【００７４】
なおキャップ２０が半導体装置本体１０に装着され、キャップ２０と半導体素子１２との間に挟まれた状態でのシート材３０は、０．１〜０．２ｍｍの厚さに圧縮されている。また、シート材３０の弾性率は、キャップ２０の固定のための半導体装置本体１０への適度な応力負荷となるような物性値となるように設定され、例えば、半導体装置本体１０の動作時の環境下において、１ＭＰａ〜２００ＭＰａである。
【００７５】
折り曲げ加工後のキャップ２０の天板２１からの投影サイズは、縦７．３ｍｍ×横７．３ｍｍであり、向かい合う側板２２・２４における、鉤状部２２ａと鉤状部２４ａとの距離は、６．７ｍｍとなっている。キャップ２０は、半導体装置本体１０から発生する電磁波ノイズを遮断することが目的であるため、必ずしも半導体装置本体１０を完全に覆い隠す必要は無く、キャップ２０に若干のスリットが設けられていてもよい。
【００７６】
なお、本実施形態では、シート材３０が半導体素子１２と接触する構成について説明したが、これに限らず、例えば、受動部品１５や配線基板１１と接触していてもよい。また、シート材３０は、配線基板１１上の複数の他の電子部品に跨るように接触してもよく、さらに、シート材３０は、複数枚に分割されていてもよい。
【００７７】
また、シート材３０の形状は、必ずしも長方形の板状に限定されるわけではなく、円形や他の多角形等であってもよい。さらに、シート材３０は、キャップ２０と半導体装置本体１０ととを引き離す方向に力を及ぼす復元力を有するのであれば、部分的に繰り抜かれていてもよい。さらに、シート材３０の代わりに、例えば、球状の弾性部材やバネ等、キャップ２０と半導体装置本体１０とを引き離す方向に力を及ぼす部材を用いてもよい。
【００７８】
続いて、キャップの構造の変形例について説明する。キャップ２０では、側板２２および側板２４は、側板全体がキャップ２０の内側に傾斜していたが、これに限定されず、側板の一部がキャップの内側に傾斜する構成であってもよい。
【００７９】
図６は、キャップ６０の斜視図である。キャップ６０は、図２に示すキャップ２０と同様に、金属板を切断、折り曲げ加工した直方体であり、以下、キャップ２０と同一の構成については、同一の番号を付して説明を省略する。
【００８０】
キャップ６０とキャップ２０とを比較すると、キャップ２０では、側板２２および側板２４は、側板全体がキャップ２０の内側に傾斜しているのに対し、キャップ６０では、向かい合う一対の側板６２および側板６４では、側板の一部がキャップ６０の内側に傾斜していることにより、それぞれ側板６２１および側板６４１が形成されている。なお、各側板６２１・６４１は、必ずしもキャップ６０の内側に傾斜していなくてもよい。
【００８１】
さらに、側板６２１の先端部は、キャップ６０の内側にさらに鋭角に折り曲げられることで、鉤状部６２１ａを形成している。同様に、側板６４１の先端部も、キャップ６０の内側にさらに鋭角に折り曲げられることで、鉤状部６４１ａを形成している。
【００８２】
また、キャップ６０では、鉤状部６２１ａおよび鉤状部６４１ａは、それぞれ側板６２および側板６４の下辺の両端を含まない構成である。
【００８３】
図７は、キャップ７０の斜視図である。なお、図７において、キャップ６０と同一の構成については、同一の番号を付して説明を省略する。キャップ７０では、向かい合う一対の側板６２および側板６４だけでなく、向かい合う他の一対の側板７３および側板７５においても、側板の一部がキャップ７０の内側に傾斜しており、側板７３および側板７５は、それぞれ側板７３１および側板７５１を有している。さらに、側板７３１および側板７５１の先端部は、それぞれキャップ７０の内側にさらに鋭角に折り曲げられることで、鉤状部７３１ａおよび鉤状部７５１ａを形成している。なお、各側板６２１・７３１・６４１・７５１は、必ずしもキャップ７０の内側に傾斜していなくてもよい。
【００８４】
図２に示すキャップ２０や、図６に示すキャップ６０では、装着時に半導体装置本体１０の下部に接触する鉤状部は２つであるのに対し、キャップ７０では、鉤状部が４つである。これにより、キャップ７０は、半導体装置本体１０に装着した状態で、天板２１の縦方向、横方向のいずれの方向にも動きにくく、より安定して保持される。
【００８５】
また、各側板６２１・７３１・６４１・７５１と天板２１との接合部分は、それぞれ側板６２・７３・６４・７５の下辺の両端を含まない構成である。これにより、隣り合う側板の先端同士が衝突することが原因で、いずれか一方の側板が内側に曲がる鉤状部を形成できない不都合を回避することができる。
【００８６】
〔実施の形態２〕
本発明の他の実施形態について図８ないし図１０に基づいて説明すると以下の通りである。実施の形態１に係る構成は、キャップを半導体装置本体に安定して装着するためにシートを用いる構成であったのに対し、本実施形態に係る構成は、シートを使用せずにキャップを半導体装置本体に装着する構成である。
【００８７】
図８および図９は、ともに本実施形態に係る半導体モジュール２の構成を示す断面図である。半導体モジュール２は、半導体装置本体１０にキャップ８０を装着して構成され、図８は、キャップ８０の装着前の状態を示しており、図９は、キャップ８０を半導体装置本体１０に装着して、プリント回路基板４０に実装した状態を示している。なお、半導体装置本体１０は、実施の形態１に示す半導体装置本体１０と同様の構成であるので、細部の説明を省略する。
【００８８】
図１０は、キャップ８０の斜視図である。キャップ８０は、図７に示すキャップ７０と同様、金属板を切断、折り曲げ加工することにより形成され、１つの天板と４つの側板を有する直方体である。キャップ８０の側板は、キャップ７０の側板と略同一であるので、同一の番号を付して説明を省略する。なお、キャップ８０の側板は、図２に示すキャップ２０の側板や、図６に示すキャップ６０の側板と略同一であってもよい。
【００８９】
キャップ８０の天板８１では、一部がキャップ８０から分断しないように破断され、内側に折れ曲がった折曲部８１ａが形成されている。図８に示すように、折曲部８１ａは、キャップ８０の内側に若干折れ曲がっており、キャップ８０を半導体装置本体１０に装着する際に、折曲部８１ａが半導体素子１２の上面に接触後、さらにキャップ８０を下側に押し下げることにより、折曲部８１ａは、半導体素子１２によって付勢されている。
【００９０】
したがって、キャップ８０の装着前と装着後とでは、折曲部８１ａの天板８１に対する折れ曲がりの角度が異なっており、図９に示すように、キャップ８０の装着後の折曲部８１ａは、キャップ８０の装着前に比べ、上方に撓んでいる。なお、折曲部８１ａは、半導体素子１２に限らず、受動部品１５や、配線基板１１等の半導体装置本体１０の他の部材によって付勢されてもよい。
【００９１】
天板８１は薄い金属板であるので、キャップ８０が半導体装置本体１０に装着された状態において、折曲部８１ａは、その復元力により、キャップ８０と半導体装置本体１０とを引き離すように力を及ぼしている。その結果、キャップ８０の鉤状部６２１ａおよび鉤状部６４１ａは、配線基板１１の裏面側に接触し、上述の力で押し付けられる。これにより、キャップ８０は、半導体装置本体１０に安定して装着できる。
【００９２】
なお、図９では、折曲部８１ａは、半導体素子１２と接触しているが、これに限らず、例えば、受動部品１５や配線基板１１と接触していてもよい。
【００９３】
さらに、半導体素子１２が、半導体チップのベースであるシリコンを露出させている場合、折曲部８１ａを当該シリコン部分に接触させ、鉤状部６２１ａ・７３１ａ・６４１ａ・７５１ａを、配線基板１１の裏面側に形成されたグランドと同電位の金属部１６に接触させることが好ましい。これにより、キャップ８０全体がグランドと同電位となるので、半導体装置本体１０から発生する電磁波ノイズの影響をさらに低減することができる。
【００９４】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
本発明に係る半導体モジュールは、情報通信機器などの電子機器に好適に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本発明の実施の形態に係る半導体モジュールを示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るキャップを示す斜視図である。
【図３】上記キャップを装着する前の状態における、上記半導体モジュールを示す断面図である。
【図４】シートが貼り付けられた状態における上記キャップを示す断面図である。
【図５】上記半導体モジュールの展開斜視図である。
【図６】上記キャップの変形例を示す斜視図である。
【図７】上記キャップの他の変形例を示す斜視図である。
【図８】本発明の他の実施の形態に係る半導体モジュールを示す断面図である。
【図９】図１０に示すキャップを装着した後の状態における、上記半導体モジュールを示す断面図である。
【図１０】本発明の他の実施の形態に係るキャップを示す斜視図である。
【図１１】従来の半導体モジュールを示す断面図である。
【符号の説明】
【００９７】
１、２    半導体モジュール
１０    半導体装置本体
１１    配線基板
１２    半導体素子（電子部品）
１２ａ  外部接続端子
１３    外部接続電極
１５    受動部品（電子部品）
１６    金属部
２０、６０、７０、８０    キャップ
２１、８１    天板
２２〜２５、６２、６２１、６４、６４１、７３、７３１、７５、７５１    側板
２２ａ、２４ａ、６２１ａ、６４１ａ，７３１ａ，７５１ａ    鉤状部
３０    シート材
４０    プリント回路基板
５０    アンダーフィル材
８１    折曲部
【図１】
2008235377.tif 000003
【図２】
2008235377.tif 000004
【図３】
2008235377.tif 000005
【図４】
2008235377.tif 000006
【図５】
2008235377.tif 000007
【図６】
2008235377.tif 000008
【図７】
2008235377.tif 000009
【図８】
2008235377.tif 000010
【図９】
2008235377.tif 000011
【図１０】
2008235377.tif 000012
【図１１】
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