(57)【要約】【課題】配線基板の上に半導体チップと受動部品が実装されて構成される半導体モジュールにおいて、小型化に容易に対応できる構造の半導体モジュールを提供する。【解決手段】配線基板１０の中央主要部の配線層１４ａに受動部品２０が接続されて実装され、受動部品２０が実装された領域に受動部品２０を封止する樹脂部１８が選択的に形成され、樹脂部１８の上に、配線基板１０の周縁側の配線層１４ｂにワイヤ２４で接続された半導体チップ３０が実装されている。半導体チップ３０は封止樹脂２６で封止されるか、キャップによって気密封止される。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線層を備えた配線基板と、
前記配線基板の中央主要部の前記配線層に接続されて実装された受動部品と、
前記配線基板の周縁側の前記配線層を除く領域に選択的に形成されて前記受動部品を封止する樹脂部と、
前記樹脂部の上に実装され、ワイヤを介して前記配線基板の周縁側の前記配線層に接続された半導体チップとを有することを特徴とする半導体モジュール。
【請求項２】
前記半導体チップ、前記ワイヤ及びそれに接続された前記配線層を封止する封止樹脂をさらに有す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】
前記配線基板にはキャビティを備えたキャップが設けられており、前記半導体チップは前記キャップの前記キャビティの中に収容されて気密封止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４】
前記受動部品を封止する樹脂部の面積は前記半導体チップの大きさに対応していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
【請求項５】
前記配線基板の中央主要部には、前記受動部品の横方向の前記配線層に下側半導体チップがフリップチップ接続されて実装されており、前記受動部品と前記下側半導体チップが前記樹脂部で封止されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
【請求項６】
配線基板の中央主要部の配線層に受動部品を接続して実装する工程と、
前記配線基板の周縁側の前記配線層を除く領域に前記受動部品を封止する樹脂部を選択的に形成する工程と、
前記樹脂部の上に半導体チップを固着し、前記半導体チップをワイヤで前記配線基板の周縁側に露出する前記配線層に接続して実装する工程とを有することを特徴とする半導体モジュールの製造方法。
【請求項７】
前記半導体チップを実装する工程の後に、前記半導体チップ、前記ワイヤ及びそれに接続された前記配線層を封止する封止樹脂を形成する工程をさらに有することを特徴とする請求項６に記載の半導体モジュールの製造方法。
【請求項８】
前記半導体チップを実装する工程の後に、前記配線基板の上に、キャビティを備えたキャップを設けて、前記半導体チップを前記キャップの前記キャビティの中に収容して気密封止する工程をさらに有することを特徴とする請求項６に記載の半導体モジュールの製造方法。
【請求項９】
前記配線基板の上に受動部品を実装する工程は、前記受動部品の横方向の前記配線層に下側半導体チップをフリップチップ接続することを含み、
前記樹脂部を選択的に形成する工程において、前記受動部品及び前記下側半導体チップを前記樹脂部で封止することを特徴とする請求項６乃至８のいずれか一項に記載の半導体モジュールの製造方法。
【請求項１０】
前記樹脂部を形成する工程において、前記樹脂部の面積が前記半導体チップの大きさに対応するように形成することを特徴とする請求項６乃至８のいずれか一項に記載の半導体モジュールの製造方法。
【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及びその製造方法に係り、さらに詳しくは、配線基板の上に半導体チップや受動部品などが実装されて構成される半導体モジュール及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体チップ及び受動部品が配線基板の上に実装されて構成される半導体モジュールがある。図１に示すように、従来技術の半導体モジュールでは、配線層１１０と外部接続端子１２０を備えた配線基板１００の中央部に半導体チップ２００が接着剤２２０によって固着され、半導体チップ２００の横方向の配線基板１００の配線層１１０にキャパシタや抵抗などの受動部品３００が接続されて実装されている。半導体チップ２００はその接続パッドが上側になるようにフェイスアップで実装され、接続パッドがワイヤ２４０を介して配線基板１００の配線層１１０に電気接続されている。さらに、半導体チップ２００及び受動部品３００は封止樹脂４００によって封止されている。
【０００３】
特許文献１には、マザーボードとなる配線基板の表面に受動部品と能動素子が横方向に配置されて内蔵されたサブアセンブリが搭載され、サブアセンブリの外部端子がワイヤボンディングによって配線基板の導体層に接続された構造の混成集積回路装置が記載されている。
【０００４】
また、特許文献２には、モジュール基板の上面の窪み底に下半導体チップが実装され、窪みの周囲に設けられた導体からなる支持体の上面に上半導体チップが積層されて実装され、さらに各半導体チップの横方向のモジュール基板上に受動部品が実装された構造の半導体モジュールが記載されている。
【特許文献１】特開平５−３４３６０８号公報
【特許文献２】特開２００４−２１４２４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記したように、従来技術の半導体モジュール（図１）では、配線基板１００の上に半導体チップ２００と受動部品３００が水平方向に並んだ状態で２次元的に実装される。このとき、受動部品３００を実装するためのはんだを印刷するときや半導体チップ２００をワイヤボンディングする際の信頼性を確保するために、半導体チップ２００と受動部品３００との間である程度の間隔を設ける必要がある（図１の領域Ｒ）。
【０００６】
このように、従来技術の半導体モジュールの配線基板１００では、半導体チップ２００を実装する領域の他に、そこからある程度の間隔を空けて受動部品３００を実装する領域を別途確保する必要がある。このため、比較的大きな面積の配線基板が必要になることから、半導体モジュールを小型化する際に容易に対応できないといった問題がある。
【０００７】
なお、特許文献２では、半導体チップ同士は積層されて３次元的に実装されるものの、受動部品は半導体チップの横方向に実装されているので同様に小型化することは困難である。
【０００８】
本発明は以上の課題を鑑みて創作されたものであり、配線基板の上に半導体チップと受動部品が実装されて構成される半導体モジュールにおいて、小型化に容易に対応できる構造の半導体モジュール及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明は半導体モジュールに係り、配線層を備えた配線基板と、前記配線基板の中央主要部の前記配線層に接続されて実装された受動部品と、前記配線基板の周縁側の前記配線層を除く領域に選択的に形成されて前記受動部品を封止する樹脂部と、前記樹脂部の上に実装され、ワイヤを介して前記配線基板の周縁側の前記配線層に接続された半導体チップとを有することを特徴とする。
【００１０】
本発明の半導体モジュールでは、配線基板の中央主要部の配線層に受動部品（キャパシタや抵抗など）が接続されて実装され、配線基板の周縁側の配線層を除く受動部品の実装領域に樹脂部が選択的に形成されて受動部品が樹脂封止されている。また、樹脂部の上に半導体チップ（ＬＳＩチップやＣＭＯＳイメージセンサなどの能動部品）が実装されており、半導体チップはワイヤによって配線基板の周縁側の配線層に接続されている。
【００１１】
本発明では、配線基板の上に受動部品と半導体チップが３次元的に積層されて実装され、半導体チップの下方領域を受動部品の実装領域として有効利用するようにしたので、従来技術よりも半導体モジュールの小型化を図ることができる。
【００１２】
また、上記課題を解決するため、本発明は半導体モジュールの製造方法に係り、配線基板の中央主要部の配線層に受動部品を接続して実装する工程と、前記配線基板の周縁側の前記配線層を除く領域に前記受動部品を封止する前記樹脂部を選択的に形成する工程と、前記樹脂部の上に半導体チップを固着し、前記半導体チップをワイヤで前記配線基板の周縁側に露出する前記配線層に接続して実装する工程とを有することを特徴とする。
【００１３】
本発明の製造方法を使用することにより、上記した構成の半導体モジュールを容易に製造することができる。本発明では、受動部品を封止する樹脂部は配線基板の周縁側の配線層が露出するように部分的に形成されるので、受動部品の上方に半導体チップを積層して実装する際に、半導体チップをワイヤによって配線基板の周縁側に露出する配線層に容易に接続することができる。このため、配線基板上に受動部品及び半導体チップが３次元的に積層されて小型化された半導体モジュールを、特別な工程を追加することなく容易に製造することができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、本発明では、受動部品と半導体チップが実装されて構成される半導体モジュールの小型化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照して説明する。
【００１６】
（第１の実施の形態）
図２及び図３は本発明の第１実施形態の半導体モジュールの製造方法を示す断面図、図４及び図５は同じく半導体モジュールを示す断面図である。
【００１７】
本実施形態の半導体モジュールの製造方法では、まず、図２（ａ）に示すような配線基板１０を用意する。図２の配線基板１０には、絶縁材料などからなる基板１２とその上面に形成された配線層１４とその下面に設けられた外部接続端子１６とが示されている。配線層１４は基板１２に設けられたスルーホール（不図示）を介して外部接続端子１６に電気的に接続されている。配線基板１０としては、フレキシブル型やリジッド型などの各種のものを使用することができ、通常は基板１２内に積層された複数の配線層が内蔵されて構成される。配線基板１０上に露出する配線層１４は、実装領域の中央主要部に設けられた受動部品用の第１配線層１４ａと実装領域の周縁側に設けられた半導体チップ用の第２配線層１４ｂとから構成される。
【００１８】
その後に、図２（ｂ）に示すように、配線基板１０の中央主要部の第１配線層１４ａに受動部品２０の電極をはんだなどを介して電気接続して実装する。受動部品２０としては、キャパシタ部品や抵抗部品などが使用される。図２（ｂ）には、受動部品２０の両端側に露出する各電極が水平方向に配置されるように第１配線層１４ａにそれぞれ接続されて実装された例が示されている。
【００１９】
次いで、図２（ｃ）に示すように、配線基板１０の受動部品２０が実装された領域に樹脂材を選択的に形成して受動部品２０を封止する樹脂部１８を形成する。このとき、配線基板１０の周縁側の第２配線層１４ｂを除く領域に樹脂部１８が形成され、第２配線層１４ｂが露出した状態となる。
【００２０】
樹脂部１８の形成方法としては、樹脂形成領域に対応するキャビティを備えた金型を配線基板１０の上に設置し、溶融したエポキシ樹脂などの樹脂材を金型の中に流し込んでもよいし、液状樹脂を樹脂形成領域に選択的に塗布した後に金型で成形してもよい。
【００２１】
続いて、図３（ａ）に示すように、半導体チップ３０の接続パッド（不図示）が上側を向くようにして（フェイスアップ）、半導体チップ３０を樹脂部１８の上に接着剤２２によって固着する。なお、樹脂部１８の面積は半導体チップ３０を安定して実装できる程度に半導体チップ３０の大きさに対応するように調整される。
【００２２】
半導体チップ３０は、半導体基板（シリコン）にトランジスタなどが作り込まれて得られる各種のＬＳＩチップなどの能動部品である。あるいは、後の変形例で説明するように、ＣＭＯＳイメージセンサなどの撮像素子、又はＭＥＭＳ（マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム）素子であってもよい。
【００２３】
続いて、図３（ｂ）に示すように、半導体チップ３０の接続パッドをワイヤボンディング法によるワイヤ２４によって配線基板１０の周縁側に露出する第２配線層１４ｂに電気的に接続する。これにより、配線基板１０の上に受動部品２０と半導体チップ３０とが３次元的に積層されて実装される。
【００２４】
このように本実施形態では、受動部品２０が実装された領域の上に半導体チップ３０を３次元的に積層して実装するようにしたことから、従来技術のような２次元的に実装する場合と違って配線基板１０上に半導体チップ３０と受動部品２０の実装領域を別々に確保する必要がなくなるので、従来技術よりも配線基板１０の面積を小さくすることができる。
【００２５】
その後に、図４に示すように、半導体チップ３０、ワイヤ２４及びそれに接続された第２配線層１４ｂを封止する封止樹脂２６を形成する。
【００２６】
以上により、本実施形態の半導体モジュール１が得られる。
【００２７】
なお、複数の実装領域が画定された配線基板１０の各実装領域に、受動部品２０及び半導体チップ３０を積層して実装した後に、個々の半導体モジュール１が得られるように分割してもよい。
【００２８】
図４に示すように、本実施形態の半導体モジュール１では、配線基板１０の中央主要部の第１配線層１４ａに受動部品２０が接続されて実装され、受動部品２０が実装された領域に樹脂部１８が選択的に形成されて受動部品２０が樹脂封止されている。樹脂部１８の上には接着剤２２によって半導体チップ３０が固着されており、半導体チップ３０の接続パッドがワイヤ２４によって配線基板１０の周縁側の第２配線層１４ｂに電気接続されている。さらに、半導体チップ３０、ワイヤ２４及びそれに接続された第２配線層１４ｂが封止樹脂２６によって封止されている。
【００２９】
本実施形態の半導体モジュール１では、配線基板１０の上に受動部品２０と半導体チップ３０を３次元的に積層して実装することによって、半導体チップ３０の下方領域を受動部品２０の実装領域として有効利用するようにしたので、従来技術よりも半導体モジュールの小型化を図ることができる。
【００３０】
また、受動部品２０を封止する樹脂部１８は半導体チップ３０用の第２配線層１４ｂが露出するように部分的に形成されるので、受動部品２０の上方に半導体チップ３０を積層して実装する際に、半導体チップ３０をワイヤ２４によって配線基板１０の第２配線層１４ｂに容易に電気接続することができる。このため、配線基板１０上に受動部品２０と半導体チップ３０が３次元的に積層されて小型化された半導体モジュール１を、特別な工程を追加することなく容易に製造することができる。
【００３１】
図５には本実施形態の変形例の半導体モジュール１ａが示されている。変形例の半導体モジュール１ａでは、半導体チップ３０としてＣＭＯＳイメージセンサなどの撮像素子、スイッチ素子や加速度センサなどのＭＥＭＳ素子などが実装される。そして、封止樹脂２６で封止する代わりに、内部にキャビティ２７ｘを備えた透明ガラスなどからなるキャップ２７が配線基板１０の上に設けられている。これにより、半導体チップ３０（撮像素子など）はキャップ２７のキャビティ２７ｘ内に収容されて気密封止されている。
【００３２】
図５において、その他の要素は図４と同一であるので、同一符号を付してその説明を省略する。変形例の半導体モジュール１ａは図４の半導体モジュール１と同様な効果を奏する。
【００３３】
（第２の実施の形態）
図６は本発明の第２実施形態の半導体モジュールの製造方法を示す断面図、図７及び図８は同じく半導体モジュールを示す断面図である。
【００３４】
図６（ａ）に示すように、まず、第１実施形態と同様な配線基板１０を用意する。その後に、図６（ｂ）に示すように、バンプ４０ｘを備えた下側半導体チップ４０ａを用意し、下側半導体チップ４０ａのバンプ４０ｘを配線基板１０の第１配線層１４ａにフリップチップ接続して実装する。その後に、下側半導体チップ４０ａと配線基板１０との隙間にアンダーフィル樹脂４２を充填する。さらに、下側半導体チップ４０ａの外側近傍部の第１配線層１４ａに第１実施形態と同様な受動部品２０を接続して実装する。このように、本実施形態では、配線基板１０の中央主要部の第１配線層１４ａは下側半導体チップ４０ａと受動部品２０を接続するための配線層となる。
【００３５】
このとき、下側半導体チップ４０ａをフリップチップ接続するようにしたので、ワイヤで接続する場合と違って余計な間隔を空けることなく、下側半導体チップ４０ａから比較的近い位置に受動部品２０を信頼性よく実装することができる。
【００３６】
次いで、図６（ｃ）に示すように、下側半導体チップ４０ａ及び受動部品２０が実装された領域に第１実施形態と同様な樹脂部１８を選択的に形成することにより下側半導体チップ４０ａ及び受動部品２０を樹脂封止する。
【００３７】
続いて、図６（ｄ）に示すように、第１実施形態と同様に、樹脂部１８の上に接着剤２２によって上側半導体チップ４０ｂをフェイスアップで固着した後に、上側半導体チップ４０ｂの接続パッドをワイヤ２４によって配線基板１０の周縁側に露出する第２配線層１４ｂに電気接続する。
【００３８】
その後に、図７に示すように、上側半導体チップ４０ｂ、ワイヤ２４及びそれに接続された第２配線層１４ｂを封止する封止樹脂２６を形成する。
【００３９】
以上により、第２実施形態の半導体モジュール２が得られる。
【００４０】
図７に示すように、第２実施形態の半導体モジュール２では、下側半導体チップ４０ａ及び受動部品２０が２次元的に水平方向に並んだ状態で配線基板１０の中央主要部の第１配線層１４ａに電気接続されて実装されている。そして、下側半導体チップ４０ａ及び受動部品２０が実装された領域に樹脂部１８が選択的に形成されて、それらが樹脂部１８によって封止されている。また、上側半導体チップ４０ｂがその接続パッドが上側を向いた状態で（フェイスアップ）、樹脂部１８の上に接着剤２２によって固着されている。上側半導体チップ４０ｂの接続パッドはワイヤ２４によって配線基板１０の周縁側の第２配線層１４ｂに電気接続されている。さらに、上側半導体チップ４０ｂ、ワイヤ２４及びそれに接続された第２配線層１４ｂが封止樹脂２６によって封止されている。
【００４１】
第２実施形態の半導体モジュール２は第１実施形態の半導体モジュール１と同様な効果を奏する。これに加えて、上側半導体チップ４０ｂの下方領域を受動部品２０ばかりではなく下側半導体チップ４０ａの実装領域として有効利用するようにしたので、設計の自由度が広くなり、より高密度な半導体モジュールを小型化して構成することができる。
【００４２】
図８には第２実施形態の変形例の半導体モジュール２ａが示されている。第２実施形態の変形例の半導体モジュール２ａでは、第１実施形態の変形例と同様に、上側半導体チップ４０ｂは撮像素子又はＭＥＭＳ素子などからなる。そして、内部にキャビティ２７ｘを備えたキャップ２７が配線基板１０の上に設けられて、上側半導体チップ４０ｂ（撮像素子など）がキャップ２７のキャビティ２７ｘの中に収容されて気密封止される。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】図１は従来技術の半導体モジュールを示す断面図である。
【図２】図２（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１実施形態の半導体モジュールの製造方法を示す断面図（その１）である。
【図３】図３（ａ）及び（ｂ）は本発明の第１実施形態の半導体モジュールの製造方法を示す断面図（その２）である。
【図４】図４は本発明の第１実施形態の半導体モジュールを示す断面図である。
【図５】図５は本発明の第１実施形態の変形例の半導体モジュールを示す断面図である。
【図６】図６（ａ）〜（ｄ）は本発明の第２実施形態の半導体モジュールの製造方法を示す断面図である。
【図７】図７は本発明の第２実施形態の半導体モジュール示す断面図である。
【図８】図８は本発明の第２実施形態の変形例の半導体モジュールを示す断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１，１ａ，２，２ａ…半導体モジュール、１０…配線基板、１２…基板、１４…配線層、１４ａ…第１配線層、１４ｂ…第２配線層、１６…外部接続端子、１８…樹脂部、２０…受動部品、２２…接着剤、２４…ワイヤ、２６…封止樹脂、２７…キャップ、２７ｘ…キャビティ、３０，４０ａ、４０ｂ…半導体チップ、４０ｘ…バンプ。
【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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