(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表裏両面の外周側縁部に他の半導体装置の外部接続用電極と当接して接続される平坦な外部接続用電極が形成されており、表裏の配線あるいは表裏の配線と中間層の配線とを接続するバイアホールが厚さ方向に貫通して形成されており、かつ絶縁材料から成るプリント配線基板の一方の表面のほぼ中央部に半導体集積回路チップが搭載されており、該半導体集積回路チップが封止材で封止されている半導体装置を複数個組合わせて構成され、
一の前記半導体装置のプリント配線基板の表側において一側面に沿って形成されている外部接続用電極が他の前記半導体装置のプリント配線基板の裏側において前記一側面と対向する側面に沿って形成されている外部接続用電極と互いに接続され、これによって前記プリント配線基板の厚さ方向における各半導体装置の上部または下部に少なくとも前記プリント配線基板の厚さとほぼ等しい空間が形成され、該空間に前記半導体集積回路チップが位置していることを特徴とする半導体モジュール。
【請求項２】
隣接する前記半導体装置の一方の半導体装置のプリント配線基板の表面に形成されている前記外部接続用電極と、他方の半導体装置のプリント配線基板の裏面に形成されている前記外部接続用電極とが互いに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】
複数の前記半導体装置が前記外部接続用電極を介して平面的広がりを以て互いに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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数個の半導体装置を組込んだ半導体モジュールの構造、構成に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
先ず、図１０乃至図１３を参照しながら、従来技術の半導体装置及び半導体モジュールの構成、構造を説明する。
【０００３】
図１０は従来技術の一形態の半導体装置の断面図、図１１は図１０に示した半導体装置をマザーボードに搭載した構造の断面図、図１２は図１０に示した半導体装置を複数個、マザーボードに搭載した半導体モジュールの断面図、そして図１３は図１０に示した半導体装置を複数個、マザーボードに搭載した他の形態の半導体モジュールの断面図である。
【０００４】
先ず、図１０を用いて従来技術の一形態の半導体装置の構成、構造を説明する。
【０００５】
この半導体装置Ｃは半導体集積回路チップ（以下、単に「ＩＣチップ」と記す）１とプリント配線基板１１０とから構成されている。ＩＣチップ１の表面には、所定の配列で形成されている電極の表面に金、半田などの複数のバンプ２が形成されており、プリント配線基板１１０の電気絶縁基板１１１の表面には、ＩＣチップ１を搭載する表面側の載置部１１２の周辺部に前記バンプ２に対応した複数のランド１１３が、裏面側に周辺配列或いは格子配列で複数の外部接続用電極１１４が、そして表面側のランド１１３と裏面側の外部接続用電極１１４とを電気的に接続する複数のヴァイアホール１１７が形成されている。
【０００６】
ＩＣチップ１はプリント配線基板１１０の中央部に接着剤Ｓａなどを用いて搭載されており、そしてそれぞれのバンプ２がそれらに対応するランド１１３に金などの金属細線Ｗを用いて電気的に接続されている。そしてこの半導体装置Ｃは金属細線Ｗとランド１１３との接続部分を含むＩＣチップ１全体がエポキシ樹脂のような絶縁封止材Ｐで封止された構造で構成されている。
【０００７】
図１１乃至図１３に示した半導体モジュールＤはこのような構造の複数の半導体装置Ｃをマザーボード２０に搭載したものである。マザーボード２０の表面には前記外部接続用電極１１４に対応した位置に複数のランド２１４が、裏面もランド２２４（図１２）が、そして必要に応じて、その裏面に通じるヴァイアホール２２７などが形成されていて、図１１には拡大して、このような構造のマザーボード２０の表面のランド２１４に１個のＩＣチップ１を、例えば、半田付けなどの方法を用いて電気的に接続した状態を示したものである。符号Ｓｂは半田を指す。
【０００８】
図１２及び図１３に示した半導体モジュールＤ１及びＤ２は、図１０に示したＩＣチップＣが２個、マザーボード２０の表面のランド２１４に、また１個、その裏面のランド２２４にそれぞれ半田付け方法で搭載され、この他、抵抗、コンデンサなどのチップ部品３０が複数個、搭載されて構成されているもので、図１２に示した半導体モジュールＤ１はマザーボード２０の一端にランド２１４、２２４に連結され、他の電気回路基板のソケット（不図示）に挿入、接続するための外部接続用端子２４が設けられたものであり、図１３に示した半導体モジュールＤ２はマザーボード２０の一端にランド２２４に連結され、他の電気回路基板にフレキシブルケーブル配線基板２５を用いて接続するためのコネクタ２６などが設けられている。
【０００９】
前記のような構造、構成の半導体装置Ｃ及び半導体モジュールＤは、米国特許第５，２１６，２７８号や、ＡＳＩＣ  ＆  ＥＤＡ  １９９３年３月号の９〜１５頁に開示されているものであり、また、Ｍｏｔｏｒｏｌａ社の“ＯＭＰＡＣ”等の形状で封入された周知のものである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような半導体装置Ｃ及び半導体モジュールＤの構造であると、多くのプリント配線基板１１０及びマザーボード２０を使う必要があり、コストが嵩み、そしてコンパクトに構成できないという課題がある。
【００１１】
本発明は、このような課題を解決しようとするものであって、コンパクトな構造で安価に構成することができる半導体モジュールを得ることを目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
それ故、本発明の半導体装置は、表裏両面の外周部に外部接続用電極が形成されておりかつ絶縁材料から成るプリント配線基板の一方の表面のほぼ中央部に半導体集積回路チップが搭載されており、該半導体集積回路チップが封止材で封止されている。
【００１４】
本発明の半導体モジュールは、表裏両面の外周側縁部に他の半導体装置の外部接続用電極と当接して接続される平坦な外部接続用電極が形成されており、表裏の配線あるいは表裏の配線と中間層の配線とを接続するバイアホールが厚さ方向に貫通して形成されており、かつ絶縁材料から成るプリント配線基板の一方の表面のほぼ中央部に半導体集積回路チップが搭載されており、該半導体集積回路チップが封止材で封止されている半導体装置を複数個組合わせて構成され、
一の前記半導体装置のプリント配線基板の表側において一側面に沿って形成されている外部接続用電極が他の前記半導体装置のプリント配線基板の裏側において前記一側面と対向する側面に沿って形成されている外部接続用電極と互いに接続され、これによって前記プリント配線基板の厚さ方向における各半導体装置の上部または下部に少なくとも前記プリント配線基板の厚さとほぼ等しい空間が形成され、該空間に前記半導体集積回路チップが位置していることを特徴とする。
【００１５】
その半導体モジュールの或るものは、隣接する前記半導体装置の一方の半導体装置のプリント配線基板の表面に形成されている前記外部接続用電極と、他方の半導体装置のプリント配線基板の裏面に形成されている前記外部接続用電極とを互いに接続して構成してもよく、また、他のものは隣接する前記半導体装置のプリント配線基板の表面或いは裏面に形成されている前記外部接続用電極同士を互いに接続して構成してもよい。
【００１６】
更に、それらの半導体モジュールは隣接する前記半導体装置の前記両外部接続用電極が中継基板を介して互いに接続された構造で構成してもよい。
【００１７】
更にまた、それらの半導体モジュールは、複数の前記半導体装置を前記外部接続用電極を介して平面的広がりを以て互いに接続した構造で構成してもよい。
【００１８】
従って、本発明の半導体装置は中央部にＩＣチップを搭載したプリント配線基板の周辺部に外部接続用電極を形成した単純な構造で２次元的にも３次元的にも広がりを持った構造で半導体モジュールを構成できる。
【００１９】
また、本発明の半導体モジュールは、前記半導体装置のプリント配線基板同士を直接、或いはチップ部品や中継基板を介して接続する構造を採っているため、大きな面積を占めていたマザーボードを使う必要がなくなり、コンパクトに、しかも安価に構成することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図１乃至図９を用いて、本発明の実施形態の半導体装置及び半導体モジュールの構成、構造を説明する。
【００２１】
図１は本発明の半導体装置に用いて好適な一実施形態のプリント配線基板を示していて、同図Ａはその表面側の平面図、同図Ｂはその裏面側の平面図、同図Ｃは同図ＡのＡ−Ａ線上における断面図、図２は本発明の第１実施形態の半導体装置を示していて、同図Ａはその平面図、同図Ｂは同図ＡのＡ−Ａ線上における断面図、図３は第１半導体装置の断面図、図４は図２に示した半導体装置を複数個用いて構成されている本発明の第１実施形態の半導体モジュールの断面図、図５は同じく第２実施形態の半導体モジュールの断面図、図６は同じく本発明の第３実施形態の半導体モジュールの断面図、図７は図３に示した半導体装置を複数個用いて構成されている本発明の第４実施形態の半導体モジュールの断面図、図８は同じく本発明の第５実施形態の半導体モジュールを示していて、同図Ａはその平面図、同図Ｂは同図ＡのＬ−Ｌ線上における断面図、そして図９は本発明の第６実施形態の半導体モジュールの平面図である。
【００２２】
なお、従来技術の半導体装置の構成部分と同一の構成部分には同一の符号を付して説明する。
【００２３】
先ず、図１を用いて、本発明の半導体装置に用いて好適なプリント配線基板の構造を説明する。
【００２４】
符号１０は全体としてプリント配線基板を指す。このプリント配線基板１０は単層または多層の配線基板であって、ガラスエポキシ樹脂などの電気絶縁材基板１１の表面のほぼ中央部にＩＣチップを載置する載置部１２と、この載置部１２の長辺の両周辺部に、搭載しようとするＩＣチップの複数の電極に対応して配列されているランド１３と、絶縁基板１１の両側縁に前記ランド１３に対応して配列されている外部接続用裏面電極１５がそれぞれ銅などの導電性部材で形成されている。また、プリント配線基板１０の裏面側には後記するチップ部品を接続するためのランド１４と絶縁基板１１の両側縁に複数の外部接続用裏面電極１６がそれぞれ銅などの導電性部材で形成されている。また、必要に応じて少なくとも１以上のヴァイアホール１７が形成されており、プリント配線基板１０の表裏の配線、或いは表裏の配線と中間層の配線とを接続する。一点鎖線Ｌは封止材Ｐａを封止する範囲を示したものである。
【００２５】
載置部１２は搭載しようとするＩＣチップを接地する必要がある場合に導電性部材で形成する必要があるが、その必要性が無い場合には敢えて導電性部材で形成する必要は無い。ＩＣチップを載置する部分が判ればよい。また、裏面のランド１４も、チップ部品を接続する必要が無い場合には、省略される。
【００２６】
また、外部接続用電極１５、１６のそれぞれの上下の位置は必ずしも一致して形成する必要は無く、接続しようとする相手側のプリント配線基板の機能などに対応した数、配列などを考慮して形成されるものである。
【００２７】
更にまた、図示のプリント配線基板１０は、搭載しようとするＩＣチップに形成されている複数の電極がデュアルインラインで形成されているものに用いる基板として描かれているものであって、複数の電極がＩＣチップの４辺に沿って形成されている場合には、ランド１３は載置部１２の４辺の周りに沿ってに形成してもよく、外部接続用電極１５、１６もプリント配線基板１０の４辺の周りに沿って形成するようにしても、２辺のみ或いは３辺のみの側縁に沿って形成するようにしてもよい。
【００２８】
次に、図２を用いて、本発明の第１実施例の半導体装置の構造を説明する。
【００２９】
図２において、符号Ａは本発明の第１の実施例の半導体装置を指す。この半導体装置Ａは、従来技術の半導体装置Ｃと同様に、ＩＣチップ１Ａ（ＩＣチップ１と同一である）とプリント配線基板１０とから構成されている。ＩＣチップ１の表面には、所定の配列で形成されている電極の表面に金、半田などの複数のバンプ２が形成されている。
【００３０】
このＩＣチップ１Ａは、図１に示したプリント配線基板１０の載置部１２に、例えば、導電性接着剤Ｓａを介して接着、固定する。そしてそれぞれのバンプ２がそれらに対応するランド１３に金などの金属細線Ｗを用いて電気的に接続されている。そしてこの半導体装置Ａも金属細線Ｗとランド１３との接続部分を含むＩＣチップ１全体がエポキシ樹脂のような絶縁封止材Ｐａで封止された構造で構成されている。
【００３１】
図３に示した本発明の第２実施形態の半導体装置Ｂは、前記の構造のプリント配線基板１０を用い、そのプリント配線基板１０の中央部にＩＣチップ１Ａの厚みより薄い厚みのＩＣチップ１Ｂが搭載されており、そしてバンプ２とランド１３との接続部分を含むそのＩＣチップ１Ｂを前記プリント配線基板１０の厚みより薄い厚みの封止材Ｐｂで封止された構造のものである。
【００３２】
このような外部接続用電極１５、１６を備えた半導体装置Ａ及び半導体装置Bであると、従来技術の半導体装置Ｃのように裏面に外部接続用電極１１４が形成されているのではなく、プリント配線基板１０の外周部分に外部接続用電極１５、１６が形成されているので、これら外部接続用電極１５、１６の接続を組み合わせることで半導体装置Ａ及び又は半導体装置Ｂ同士を２次元的に、或いは３次元的に電気的に接続して、所望の構成、構造の半導体モジュールを得ることが可能となる。
【００３３】
半導体装置Ａに寸法は、一例であるが、プリント配線基板１０は、その外部接続用電極１５、１６の厚みも含めて厚みが０．４ｍｍ程度、封止材Ｐａの厚みが０．６ｍｍ程度であり、半導体装置Ｂはプリント配線基板１０が半導体装置Ａの場合と同一であり、封止材Ｐａの厚みが０．３ｍｍ程度である。
【００３４】
次に、図４乃至図９を用いて、本発明の各実施形態の半導体モジュールについて説明する。
【００３５】
先ず、図４を用いて、本発明の第１実施形態の半導体モジュールの構成、構造を説明する。この半導体モジュールＭ１は、３個の半導体装置Ａ１、Ａ２、Ａ３（何れも半導体装置Ａであって、説明の便宜上Ａ１、Ａ２、Ａ３と符号を付して区別した）から構成されていて、半田Ｓｂを介して半導体装置Ａ１、Ａ３の外部接続用電極１５と半導体装置Ａ２の外部接続用電極１６とが電気的に接続された構造のものである。
【００３６】
この半導体モジュールＭ１の製作方法は、先ず、これら半導体装置Ａ１、Ａ３の外部接続用電極１５に半田ペースト（不図示）を印刷等の従来技術で塗布しておき、これらの半導体装置Ａ１、Ａ３を、治具（不図示）の上に載置する等の方法で、予め、定められている位置に載置し、それら半導体装置Ａ１、Ａ３の外部接続用電極１５の上に、残りの半導体装置Ａ２の裏面の外部接続用電極１６を位置決めして載置する。その後、リフロー等の方法を用いて前記半田ペーストを溶融し、冷却して接続することにより前記半導体モジュールＭ１が得られる。半導体装置Ａ１、Ａ２、Ａ３の裏面のランド１４には必要に応じてチップ部品３０を接続する。
【００３７】
次に、図５を用いて、本発明の第２実施形態の半導体モジュールＭ２の構成、構造を説明する。この半導体モジュールＭ２は３個のチップ部品３０を含む８個の半導体装置Ａ１〜Ａ８から構成されている。半導体装置Ａ１〜Ａ４及び半導体装置Ａ５〜Ａ８は、半導体モジュールＭ１の接続構造と同様に、表面の外部接続用電極１５と隣接する半導体装置Ａの裏面の外部接続用電極１６とが接続されており、半導体装置Ａ２とＡ５とは半導体装置Ａ１とＡ３との外部接続用電極１５、１６を介して裏面の外部接続用電極１６同士が接続されており、同様に半導体装置Ａ３とＡ６とは半導体装置Ａ５とＡ７との外部接続用電極１５、１６を介して裏面の外部接続用電極１６同士が、半導体装置Ａ４とＡ７とは半導体装置Ａ３とＡ８との外部接続用電極１５、１６を介して裏面の外部接続用電極１６同士が接続された構造で構成された半導体モジュールである。半導体装置Ａ２〜Ａ４の裏面にはチップ部品３０が搭載されている。
【００３８】
図６に示した第３実施形態の半導体モジュールＭ３は、第２実施形態の半導体装置Ｂを８個用いて構成されたものであって、全ての半導体装置Ｂ１〜Ｂ８が隣接する半導体装置Ｂの表面の外部接続用電極１５と裏面の外部接続用電極１６とで接続されている。
【００３９】
この半導体モジュールＭ３は、半導体装置Ｂ３、Ｂ８、Ｂ７が三重に重なった部分があり、このように半導体装置を多段に積層する構造の半導体モジュールを必要とする場合には、厚みの薄い半導体装置Ｂを用いることが望ましい。
【００４０】
図７は本発明の第４実施形態の半導体モジュールＭ４を示していて、この半導体モジュールＭ４は３個の半導体装置Ｂから構成されている例である。この半導体モジュールＭ４は半導体モジュールの全体厚さが薄いものが望まれる場合に好適な構造のものである。即ち、治具などの載置台（不図示）に半導体装置Ｂ１及びＢ３を所定の間隔を開けて載置し、後から搭載する半導体装置Ｂ２を表裏反転させて、前記と同様な半田付け方法により接続した構造のものである。このような構造で構成すると、全体としてほぼ均一な厚みの半導体モジュールが得られる。
【００４１】
図８は本発明の第５実施形態の半導体モジュールＭ５を示していて、この半導体モジュールＭ５は３個の半導体装置Ｂ１〜Ｂ３の内、所定の間隔を開けて配列されている半導体装置Ｂ１とＢ３との表面の外部接続用電極１５に半導体装置Ｂ２の裏面の外部接続用電極１６を、一方はチップ部品３０を介して、他方は中継基板４０を介して接続した構造の半導体モジュールである。
【００４２】
この実施形態の半導体モジュールＭ５は、同図Ａから明らかなように、３個の半導体装置Ｂ１〜Ｂ３を同一方向の側面のみを接続して構成された構造のものであるが、図９に示した本発明の第６実施形態の半導体モジュールＭ６のように、複数個の半導体装置Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３・・・を平面的な広がりをもった接続構造、即ち、２次元的な接続構造で構成することもできる。そして２次元的な接続構造に、図５及び図６に示した厚み方向にも接続する構造を取り入れば、半導体モジュールを３次元に広がる接続構造でも構成することもできる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の半導体装置によれば、隣接する半導体装置のプリント配線基板の表裏両面の外周部に外部接続用電極が形成されるとともに、半導体集積回路チップが封止材で封止されているので、隣接する半導体装置のそれら外部接続用電極を互いに接続することにより各種構造の本発明の半導体モジュールを簡単に構成することができる。
【００４４】
また、本発明の半導体モジュールは、半導体装置のプリント配線基板同士を直接接続する構造を採っているので、大きな面積を占めていたマザーボードを使う必要がなくなり、従来技術の半導体モジュールよりも遙かに廉価なコストで製作することができ、しかも２次元にも３次元にも広がりをもって、そして必要に応じて厚みの薄い構造で半導体モジュールを構成することができるなど、数々の優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の半導体装置に用いて好適な一実施形態のプリント配線基板を示していて、同図Ａはその表面側の平面図、同図Ｂはその裏面側の平面図、同図Ｃは同図ＡのＡ−Ａ線上における断面図である。
【図２】  本発明の第１実施形態の半導体装置を示していて、同図Ａはその平面図、同図Ｂは同図ＡのＡ−Ａ線上における断面図である。
【図３】  第１半導体装置の断面図である。
【図４】  図２に示した半導体装置を複数個用いて構成されている本発明の第１実施形態の半導体モジュールの断面図である。
【図５】  第２実施形態の半導体モジュールの断面図である。
【図６】  本発明の第３実施形態の半導体モジュールの断面図である。
【図７】  図３に示した半導体装置を複数個用いて構成されている本発明の第４実施形態の半導体モジュールの断面図Ｆらる。
【図８】  本発明の第５実施形態の半導体モジュールを示していて、同図Ａはその平面図、同図Ｂは同図ＡのＬ−Ｌ線上における断面図である。
【図９】  本発明の第６実施形態の半導体モジュールの平面図である。
【図１０】  従来技術の一形態の半導体装置の断面図である。
【図１１】  図１０に示した半導体装置をマザーボードに搭載した構造の断面図である。
【図１２】  図１０に示した半導体装置を複数個、マザーボードに搭載した半導体モジュールの断面図である。
【図１３】  図１０に示した半導体装置を複数個、マザーボードに搭載した他の形態の半導体モジュールの断面図である。
【符号の説明】
１Ａ，１Ｂ…半導体集積回路チップ（ＩＣチップ）、２…バンプ、１０Ａ…本発明の半導体装置に用いて好適なプリント配線基板、１０…本発明の半導体装置に用いて好適なプリント配線基板、１１…絶縁基板、１２…載置部、１３，１４…ランド、１５，１６…外部接続用電極、１７…ヴァイアホール、３０…チップ部品、４０…中継基板、Ａ，Ａ１〜Ａ８…本発明の第１実施形態の半導体装置、Ｂ，Ｂ１〜Ｂ９…本発明の第２実施形態の半導体装置、Ｍ１…本発明の第１実施形態の半導体モジュール、Ｍ２…本発明の第２実施形態の半導体モジュール、Ｍ３…本発明の第３実施形態の半導体モジュール、Ｍ４…本発明の第４実施形態の半導体モジュール、Ｍ５…本発明の第４実施形態の半導体モジュール、Ｍ６…本発明の第６実施形態の半導体モジュール、Ｐａ…封止材、Ｓａ…接着剤、Ｗ…金属ワイヤ
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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