(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに電気的に非接続となるように並列して配置された複数の導電性の糸状配線部材を少なくとも縦糸及び横糸の一方の１部として含むと共に、その他の縦糸及び横糸の少なくとも１部に複数の絶縁性の糸状部材を含む複数のクロス基材を樹脂封止して成るクロス基板がケーシングを形成し、当該ケーシングの最内面側に配置された配線層としてのクロス基材であって前記糸状配線部材の１部領域を電極部として露出させたクロス基材に、半導体素子が搭載されていることを特徴とするクロス基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クロス基板に係り、特に、半導体基板を実装する実装基板となるクロス基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体素子を実装基板に実装して半導体装置とする方法として、図１０に示すように、実装基板８０の配線形成面８０ａ側に半導体素子８２の回路形成面８２ａが上面となるように配置して、実装基板８０に接着剤で固定した後、基板側電極８４と素子側電極８６とを金線などの金属性のワイヤ８８によりボンディングした後、絶縁性の封止樹脂８１により封止してパッケージングする方法がある。
【０００３】
この方法により得られた半導体装置は、図１０に示すように、ワイヤ８８のループ高さＨと、それを覆う封止樹脂８１の厚さＬ分余分に厚くなってしまうため、これらを解消するために、別の実装方法が種々提案されている。
【０００４】
その中の１つとして、図１１に示すように、半導体素子８２の回路形成面８２ａと実装基板８０の配線形成面８０ａとを対向させた状態で、実装基板８０の基板側電極と半導体素子８２の素子側電極とを半田バンプ８５により接合し、半導体素子８２の回路形成面８２ａと実装基板８０の配線形成面８０ａとの間の空間を絶縁性の封止樹脂８１で封止する方法がある。この方法により得られる半導体装置は、図１１に示すように、ワイヤを使用しない分厚さ方向に嵩張らず、パッケージが薄型化とされた半導体装置とすることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年、半導体装置を搭載した製品のより一層の縮小化の要求が強まっている。しかしながら、半導体装置自体の寸法を縮小するには限界があり、半導体装置の実装体積を縮小するには限界があるため、従来の方法では、完全に要求を満たすことはできない。
【０００６】
すなわち、上述した図１０に示す構成の場合、ワイヤの長さをある程度とらないとワイヤが半導体素子の角部に接触してショートしたり、折れるなどして接続不良となってしまったり、最悪の場合断線するなどの恐れがある。そのため、ワイヤをある程度膨らませて設ける必要があり、ワイヤを封止する樹脂の厚さが配線基板の厚さよりも厚くなり、その分半導体装置のパッケージが厚くなってしまい、半導体装置全体として寸法を縮小するには限界がある。さらに、封止樹脂による封止中にワイヤに負荷が掛かり、隣接するワイヤと接触してショートしてしまったり、ワイヤが破断する恐れもある。
【０００７】
図１１の構成の場合、ワイヤを使用しないので、その分ワイヤに起因する問題は回避され、図１０の場合よりも素子の厚さは薄くできるが、実装基板と半導体素子との間に半田バンプを設けるため、半田バンプがある分、半導体素子の厚さが厚くなることは変わりがない。
【０００８】
以上のことから、本発明は、半導体素子を高密度に実装できるクロス基板を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１に記載のクロス基板は、互いに電気的に非接続となるように並列して配置された複数の導電性の糸状配線部材を少なくとも縦糸及び横糸の一方の１部として含むと共に、その他の縦糸及び横糸の少なくとも１部に複数の絶縁性の糸状部材を含む複数のクロス基材を樹脂封止して成るクロス基板がケーシングを形成し、当該ケーシングの最内面側に配置された配線層としてのクロス基材であって前記糸状配線部材の１部領域を電極部として露出させたクロス基材に、半導体素子が搭載されていることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、請求項１記載の発明のクロス基材に対応する第１の実施の形態を、図１〜図３を参照して説明する。本第１の実施の形態の半導体装置は、図１に示すように、クロス基材３０を構成する導電性フィラメント２０ａ〜２０ｆと半導体素子の１２の各素子側電極１６とを一対一で対応させて電気的に接続した状態で、クロス基材３０と半導体素子の１２の回路形成面とを封止樹脂１１により封止した構成である。
【００１２】
このような半導体装置は、以下のように構成できる。先ず、導電性カーボン繊維２２を束ねて構成した導電性フィラメント２０（図３（Ｂ）参照）を縦糸とし、ガラスなどの絶縁材料よりなる繊維を束ねて構成された絶縁性フィラメント２４を横糸及び上記の導電性フィラメント２０と混ぜて縦糸として用い、これらのフィラメント２０、２４を平織りして、図３（Ａ）に示すようなクロス基材３０を形成する。このクロス基材３０は、後述するクロス基板１０ａの構成要素であり、クロス基材３０に織り込まれた導電性フィラメント２０が配線の役目を果たす。
【００１３】
ここで、本第１の実施の形態の半導体素子の実装方法について図２を参照して説明する。先ず、図２（Ａ）に示すように、半導体素子１２を回路形成面１２ａが上面となるように配置し、半導体素子１２の回路形成面１２ａの素子側電極１６上に半田バンプ１５を載置し、上述したような構成のクロス基材３０の導電性フィラメント２０と半田バンプとが一対一で対応するように対向配置する。
【００１４】
次に、図２（Ｂ）に示すように、導電性フィラメント２０と半田バンプとが一対一で接触するように半導体素子１２上にクロス基材３０を載置した後、半田が溶融する所定の温度で加熱する。なお、導電性フィラメント２０と半田バンプとが一対一で接触するように半導体素子１２上にクロス基材３０を載置した時に、圧力を加えてクロス基材３０が移動しないようにした状態で加熱すれば、より正確に導電性フィラメント２０と半田バンプとの電気的接続を行うことができるので好ましい。
【００１５】
充分に冷却した後、図２（Ｃ）に示すように、下側金型４０ｂ内に半導体素子１２の回路形成面１２ａを上にして配置した後、上側金型４０ａと下側金型４０ｂとを合わせて型締めし、溶融させたエポキシ系の樹脂を封止樹脂として上側金型４０ａと下側金型４０ｂとで形成されるキャビティ内に注入する。なお、このとき、キャビティ内を減圧することにより、キャビティ内に効率的に樹脂を充填できる。
【００１６】
その後、上側金型４０ａと下側金型４０ｂとを開いて、クロス基板１０とを取り除く。得られたクロス基板１０は、半導体素子１２の回路形成面１２ａ側を封止樹脂中に入り込ませだ状態で封止樹脂が硬化したものであるため、半導体素子１２が一体化して実装されたものとなる。
【００１７】
すなわち、図１（Ｂ）に示すように、半導体素子１２の素子側電極１６と、クロス基板１０ａの配線である導電性フィラメント２０とを電気的に接続する半田バンプ１５は、クロス基材３０を封止樹脂で封止するときにクロス基材３０と共に封止樹脂中１１に封止され、同時に、半導体素子１２の回路形成面１２ａも封止樹脂１１中に封止される。
【００１８】
そのため、得られる半導体装置の寸法は、ほぼ半導体素子１２の実寸寸法となり、半導体装置の厚みも半導体素子１２が封止樹脂中１１に入り込む量に応じて変わる（すなわち、半導体素子１２が封止樹脂中１１に入り込む量が少なければ半導体素子１２の厚さとほぼ同じとなり、半導体素子１２が封止樹脂中１１に入り込む量が多ければ半導体素子１２の厚さよりも薄いものとなる。）が、最大でも半導体素子１２の厚さと同じ厚さとなるので、従来よりも各段に薄型化した半導体装置が得られる。
【００１９】
また、半導体素子１２のクロス基板１０ａに対する固定は、クロス基板１０ａを構成する封止樹脂の硬化と同時に行うため、従来のように、接着剤などを用いて半導体素子１２をクロス基板１０ａに固定する必要がない。従って、半導体素子１２を接着剤などを用いてクロス基板１０ａに固定する工程が不要となり、その分、半導体装置の製造時間を短くして製造効率を向上させることができ、製造コストも低くできる。
【００２０】
さらに、配線間の間隔を狭めることなく、半導体素子の電極と配線とを電気的に接続できるため、高速動作でも信号が安定したものとなる。
【００２１】
さらに、ワイヤにより接続する構成の場合のように素子側電極の形成位置が半導体素子の回路形成面の周縁に限られることがなく、回路形成面に形成する回路に都合のよい領域に設けることができる。そのため、形成できる電極数が限られることがなく、高密度に回路を半導体素子上に形成できるので、半導体素子自体の寸法も小さくできる。
【００２２】
なお、本第１の実施の形態では、クロス基材３０の縦糸として折り込まれた複数の導電性フィラメント２０を配線として使用しているが、この配線の割り当ては適宜目的に応じて選択できる。例えば、本第１の実施の形態では、一例として、図１（Ａ）に示すように、導電性フィラメント２０ａ〜２０ｆのうち、第１導電性フィラメント２０ａを電源配線、第２導電性フィラメント２０ｂ〜第５導電性フィラメント２０ｅを信号配線、第６導電性フィラメント２０ｆをグランド配線としている。
【００２３】
また、導電性フィラメント２０の材質は導電性カーボンに限らず、例えば、銅、金、アルミニウム及び各種合金などの金属のように、配線として使用可能な材料を適用することが可能である。
【００２４】
（第２の実施の形態）
以下、参考例としての第２の実施の形態を、図４を参照して説明する。本第２の実施の形態は、上記第１の実施の形態の応用例であり、本第２の実施の形態の半導体装置は、図４に示すように、クロス基板１０ｂが第１〜第３の３層のクロス基材３０ａ〜３０ｃと封止樹脂１１とから構成され、３層のクロス基材３０ａ〜３０のうち、中間の第２クロス基材３０ｂは、上記第１の実施の形態で説明したような、縦糸の１部に導電性フィラメント２０を用い、該導電性フィラメント２０が配線の役目を果たす配線層である。
【００２５】
また、３層のクロス基材３０ａ〜３０のうち、上層の第１クロス基材３０ａと、下層の第３クロス基材３０ｃは、ガラスなどの絶縁材料よりなる繊維を束ねて構成された絶縁性フィラメント２４から構成され、各々第２クロス基材３０ｂの厚さよりも薄く構成されている。
【００２６】
第２の実施の形態では、一例として、第２クロス基材３０ｂの厚さの３０％程度としている。また、第３クロス基材３０ｃは縦糸と横糸との間隔が開くように粗めに形成されており、この間隔から溶融した半田バンプが入り込み中間の第２クロス基材３０ｂの配線とが接触できるように構成されている。なお、その他の構成は、上記第１の実施の形態と同様であるので説明は省略する。
【００２７】
第２の実施の形態では、配線の役目を果たす第２クロス基材３０ｂの上層と下層との両方に絶縁性の第１クロス基材３０ａ及び第３クロス基材３０ｃを設けたため、第２クロス基材３０ｂが表面に露出した状態で封止される恐れがない。
【００２８】
従って、上述の第１の実施の形態で述べた効果に加えて、表面に露出した配線によるショートの発生を防止できるので、より電気的に安定したクロス基板とすることができる。また、クロス基板の骨格となるクロス基材を複数層設けたため、曲げ強度も向上したものとなる、という効果もある。
【００２９】
なお、本第２の実施の形態では、配線の役目を果たす第２クロス基材３０ｂの上層と下層との両方に絶縁性の第１クロス基材３０ａ及び第３クロス基材３０ｃを設けた構成のクロス基板１０ｂとしたが、この構成に限らず、例えば、第２クロス基材３０ｂの上層及び下層の少なくとも一方に、絶縁性のクロス基材を２層以上設ける構成や、逆に、配線の役目を果たす第２クロス基材３０ｂの上層のみ又は下層のみに絶縁性の少なくとも１層のクロス基材を設ける構成とすることもできる。
【００３０】
（第３の実施の形態）
以下、請求項１記載の発明のクロス基材に対応する第３の実施の形態を、図５を参照して説明する。本第３の実施の形態は、上記第１の実施の形態の応用例であり、図５（Ａ）に示すように、導電性フィラメント２０の表面を絶縁性樹脂２６で被覆した表面被覆型フィラメント２１をクロス基材３０の材料として用い、クロス基板１０ｃとしたものである。
【００３１】
表面被覆型フィラメント２１は、表面が絶縁性樹脂２６で被覆されているため、互いに接触してもショートしない。従って、本第３の実施の形態では、図５（Ｂ）に示すように、クロス基材３０の縦糸と横糸との両方に表面被覆型フィラメント２１を使用して縦方向と横方向との両方に配線を延在させた構成としている。
【００３２】
また、縦糸に用いた表面被覆型フィラメント２１ａ〜２１ｇの１つ（例えば、第５表面被覆型フィラメント２１ｅ）と横糸に用いた表面被覆型フィラメント２１ｈ、２１ｉ（例えば、第９表面被覆型フィラメント２１ｉ）の１つを選択し、図５（Ｄ）に示すように、交差位置で各表面被覆型フィラメント２１ｅ、２１ｉ表面の絶縁性樹脂２６を取り除いて露出した部分を金属半田１８で接合し、導電性フィラメント２０ｅ、２０ｉとを電気的に接続することで１つの配線とし、該１つの配線が縦方向と横方向の２方向にわたって設けられた構成としている。
【００３３】
また、本第３の実施の形態では、グランド配線、信号配線、電源配線の順で、第１表面被覆型フィラメント２１ａから順次割り当てている。すなわち、信号配線をグランド配線と電源配線との間に配置したため、スイッチング動作時に、相互の影響による電位のバラツキが小さく収束する。従って、スイッチング動作での電位のバラツキが小さく、安定したものとなる。もちろん、本発明は、グランド配線、信号配線、電源配線の順に配線を割り当てるようにに限定するもではなく、目的に応じて適宜選択できる。なお、その他の構成は、上記第１の実施の形態と同様であるので説明は省略する。
【００３４】
第３の実施の形態では、配線として表面被覆型フィラメントを用いることにより縦糸と横糸の両方を配線として設けることが可能である。すなわち、上述の第１の実施の形態で述べた効果に加えて、導電性フィラメントを縦糸のみに使用する場合に比べてクロス基板１０ｃに設ける配線の配置を自由にできるので、クロス基板上に高密度に半導体素子を実装することができる。この構成は、特に、複数の半導体素子を実装するＭＣＭ（Multi Chip Module）構造の半導体装置に有効である。
【００３５】
また、クロス基材３０が表面に露出した状態で封止されても配線として表面被覆型フィラメントを用いているため、表面に露出した配線がショートすることを防止できるので、より電気的に安定したクロス基板とすることができる。
【００３６】
（第４の実施の形態）
以下、参考例としての第４の実施の形態を、図６を参照して説明する。本第４の実施の形態は、上記第３の実施の形態の応用例であり、図６に示すように、クロス基板１０ｄ側の裏面側にグランド配線２１Ｇと接続する電位端子１９が設けられており、また、実装した半導体素子１２を裏面側から覆うと共に電位端子１９と接続する厚さ数μmの導電層１７が設けられている。導電層１７は、導電性ペーストや導電性シートなどの導電性材料からなり、この導電層１７は半導体素子１２の電位を制御している。なお、その他の構成は、上記第３の実施の形態と同様であるので説明は省略する。
【００３７】
第４の実施の形態では、半導体素子１２の電位を制御する導電層１７を設けた構成であるため、半導体素子１２の誤動作を防ぐことができ、安定して動作させることができる。すなわち、上述の第３の実施の形態で述べた効果に加えて、動作が安定した半導体装置が得られる。
【００３８】
（第５の実施の形態）
以下、参考例としての第５の実施の形態を、図７を参照して説明する。本第５の実施の形態は、上記第３の実施の形態の応用例であり、本第５の実施の形態の半導体装置は、図７に示すように、クロス基板１０ｅが、内部に第４と第５の２層のクロス基材３０ｄ〜３０ｅを含むように封止樹脂１１で封止した半導体装置である。
【００３９】
第４クロス基材３０ｄと第５クロス基材３０ｅは、それぞれ導電性フィラメント２０の表面を絶縁性樹脂２６で被覆した表面被覆型フィラメント２１を縦糸と横糸とに用いたものである。半導体素子１２側に配置される第４クロス基材３０ｄは、実装する半導体素子１２の電極位置に合わせて縦糸の配線と横糸の配線とを選択し、必要な個所では、縦糸と横糸とを接続した構成である。また、第４クロス基材３０ｄの上層に設けた第５クロス基材３０ｅは、実装する半導体素子とは、接続されておらず、電気的配線は行っていない。この第５クロス基材３０ｅは、外部からの電波などを遮断するシールドの役割を果たしている。
【００４０】
すなわち、第５の実施の形態では、配線として使用したクロス部材の上方にシールド用のクロス部材を備える構成のクロス基板１０ｅであるため、外部からの電波によるノイズを遮断でき、安定して信号伝達を行うことが可能である。なお、その他は、上記第３の実施の形態と同様であるので説明は省略する。
【００４１】
（第６の実施の形態）
以下、参考例としての第６の実施の形態を、図８を参照して説明する。本第６の実施の形態は、上記第３の実施の形態の応用例であり、図８に示すように、クロス基板１０に実装した半導体素子１２の裏面側に、銅等の熱伝導に優れた材料よりなるフィラメントを平織りしてなる放熱用クロス基材２８を樹脂封止して設けた構成である。放熱用クロス基材２８は、配線用のクロス基材の樹脂封止時に半導体素子と共に封止されている。
【００４２】
第６の実施の形態では、半導体素子１２の裏面側に、放熱用クロス基材２８を設けた構成であるため、
半導体素子の動作時に発生する熱が効率的に逃されて、熱による半導体素子の遅延や誤動作を防止することができる。なお、その他は、上記第３の実施の形態と同様であるので説明は省略する。
【００４３】
（第７の実施の形態）
以下、請求項１記載の発明のクロス基板に対応する第７の実施の形態を、図９を参照して説明する。本第７の実施の形態は、上記第１、第３の実施の形態の応用例であり、図９は、携帯電話のケーシングに、クロス基板を実装基板として使用した場合の一構成例である。
【００４４】
図９（Ａ）に示すように、このクロス基板５２は、内部に３層のクロス基材３０ｆ〜３０ｈを含む樹脂により構成されており、最内面側のクロス基材３０ｆは、配線の役目を果たす導電性フィラメント２０から構成されて配線層を形成しており、また、中間のクロス基材３０ｇと最外面側のクロス基材３０ｈも導電性フィラメント２０から構成されているが、電気的配線は行われておらず、外部からの衝撃から配線層のクロス基材３０ｆ及び半導体素子や図示しない内部部材などを保護すると共に、外部電波を遮断するシールドの役目を果たしている。
【００４５】
半導体素子１２は、ケーシング内面に実装されており、  図９（Ａ）に示すように、１面だけでなく、側面側等にも実装することができるので、実装密度が高くなり、実装基板が不要である分と実装密度が高くなる分小型な携帯電話とすることができる。
【００４６】
なお、上記第１の実施の形態、第３の実施の形態の全てにおいて、クロス基板が内部に複数枚のクロス基材を封止した構成とすることできるが、上層側のクロス基板のフィラメントの延在方向と下層側のフィラメントの延在方向とを同じにする必要がなく、異ならせるようにすることができる。これにより、クロス基板に設ける配線の配置をより１層自由に設定できるので、クロス基板上にさらに高密度に半導体素子を実装することが可能となる。この構成は特に、少なくとも２つのクロス基材を配線として使用する場合に有効である。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、半導体素子の実装密度を高くして小さくして得られる製品をより小型化できる、という効果がある。更に、半導体素子の回路形成密度も高くすることができ、半導体素子自体を小型化することができるので、得られる製品をより小型化できる、という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１（Ａ）は、本発明の第１の実施の形態の半導体素子を実装したクロス基板を下面側から見た透視図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＸ−Ｘ線断面である。
【図２】  本発明の第１の実施の形態の半導体素子の実装方法を説明する工程図である。
【図３】  図３（Ａ）は、第１の実施の形態のクロス基材の一例を示す部分上面図であり、図３（Ｂ）は、クロス基材の縦糸として使用される導電性フィラメントの構成を説明する部分斜視図である。
【図４】  参考例としての第２の実施の形態の半導体素子を実装したクロス基板の概略を示す断面図である。
【図５】  図５（Ａ）は、第３の実施の形態のクロス基材に配線として使用する導電性フィラメントの断面図であり、図５（Ｂ）は、第３の実施の形態のクロス基材の一例を示す部分上面図であり、図５（Ｃ）は、図５（Ｂ）のＹ−Ｙ線断面であり、図５（Ｄ）は、図５（Ｂ）のＺ−Ｚ線断面である。
【図６】  参考例としての第４の実施の形態の半導体素子を実装したクロス基板の概略を示す断面図である。
【図７】  参考例としての第５の実施の形態の半導体素子を実装したクロス基板の概略を示す断面図である。
【図８】  参考例としての第６の実施の形態の半導体素子を実装したクロス基板の概略を示す断面図である。
【図９】  図９（Ａ）は本発明のクロス基板を実装基板として使用した携帯電話の一構成例を示す概略説明図であり、図９（Ｂ）は図９（Ａ）の角部を拡大した部分断面図である。
【図１０】  従来の実装基板にワイヤボンディングにより半導体素子を実装した半導体装置の断面説明図である。
【図１１】  従来の実装基板に半田バンプにより半導体素子を実装した半導体装置の断面説明図である。
【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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