JP3061116U - 電子素子の積み重ね構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 上電子素子と下電子素子がそれぞれ上凹
欠部と下凹欠部に設置された時、上電子素子と下電子素
子の底面は基板の金属層と接触して熱量を放熱する。基
板が金属ボールにより他の基板まで積み重ねて固定され
た時、各基板のモールド樹脂は互いに接触しないように
形成される。プリント回路板の上表面と下表面にはそれ
ぞれ複数個の積み重ねた基板が設置される。 【効果】 半導体チップ又は電子素子は、基板に穿設さ
れたスルーホール設置されるため、基板から突出するこ
となく、モールド樹脂の高さを低く抑えることができ、
このため、基板を他の基板に積み重ねることができる。
また、基板又は電子素子とターミナルとの距離を減らす
ことにより、基板又は電子素子とターミナルとのワイヤ
の長さを減らすことができるため、ワイヤによる信号の
伝送時間が短くなると共に、ワイヤの抵抗が減少し、ワ
イヤの材料を節約できる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【考案の属する技術分野】

本考案は、主として電子素子の積み重ね構造に関するもので、特にＢＧＡ（Ba ll Grid Array）集積回路の基板を製造する時、基板の上に凹欠部を凹設し、凹 欠部に集積回路（Integrated circuit）又はメモリー（Memory chip）を入れる ことができる電子素子の積み重ね構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

従来この種のものにあっては、下記のようなものになっている。

【０００３】 集積回路の功能がますます複雑になるに従って、トランジスターを単位とする 回路数の集積度が段々高くなっている。そのため、伝統的なクワッド・フラット ・パック（Quad Flat Pack）方式またはピン・グリッド・アレイ（Pin Grid Arr ay）方式では実際の応用における要求に対して段々対応できなくなっているのが 現状である。このような要求に対し、ＢＧＡ集積回路は新しい時代のピン数の多 い集積回路に適合できるパッケージ技術であり、今日、サブミクロの解析度で製 造された超大規模集積（Ultra Large Scale Integration）の集積回路のパッケ ージに適用されている。すなわち、このＢＧＡ集積回路のパッケージは、このよ うなピン数の多いものを必要とするパッケージの要求に適合するものである。

【０００４】 ＢＧＡ集積回路の中でよく見られているＰＢＧＡ（Plastic BGA）のパッケー ジは、本体をパッケージする時に型を利用してプラスチックの注入を行い、溶解 された液体モールド樹脂を型の注入口を経て注入することにより、基板の表面上 から突出した集積回路の半導体チップ全体を完全に包み込むため、集積回路の半 導体チップに完全気密の密封環境を提供することができる。

【０００５】 このパッケージは、液体モールド樹脂が硬化してから離型を行うことにより、 成形されたＢＧＡ集積回路のパッケージ本体を型から分離させる。この時、完全 気密の密封環境内の半導体チップから生じた熱量は放熱金属片により外部へ伝導 しなければならない。

【０００６】 従来の技術として、例えば図１に示すように、基板１１０は有機物質層１１１ と金属層１１２を有すると共に、金属層１１２は有機物質層１１１の中に位置す るように形成されている。基板１１０は他に上表面１１３と下表面１１４を有し 、スルーホール１１５は上表面１１３から下表面１１４まで貫穿するように穿設 される。半導体チップ１２１は基板１１０の上表面１１３に穿設されたスルーホ ール１１５の真上に位置するように形成され、半導体チップ１２１はワイヤ１２ ２により基板１１０の上表面１１３のターミナル１２３に連接される。この時、 注入されたモールド樹脂１２４は、基板１１０の上表面１１３から突出した半導 体チップ１２１全体を完全に包み込むため、半導体チップ１２１に完全気密の密 封環境を提供することができる。基板１１０のスルーホール１１５の内壁の表面 に金属層１２５が設けられ、金属層１２５は真上に位置する半導体チップ１２１ に当接することができ、また、基板１１０の下表面１１４に位置する金属層１２ ５において、金属層１２５から延伸した部分に金属ボール１２６がはんだ付けさ れる。半導体チップ１２１から生じた熱量は金属層１２５を経て基板１１０の下 表面１１４の中の金属層１１２に、又は金属ボール１２６に伝導されて放熱され る。基板１１０の下表面１１４の表面に一層のエポキシ化合物１１６が被覆され ると共に、エポキシ化合物１１６はスルーホール１１５の金属層１２５の中に充 填されるように構成されている。

【０００７】 もう一つの従来の技術として、例えば図２に示すように、基板２１０は有機物 質層２１１と金属層２１２を有すると共に、金属層２１２は有機物質層２１１の 中に位置するように形成される。基板２１０は他に上表面２１５と下表面２１６ を有し、スルーホール２１３は上表面２１５から下表面２１２まで貫穿するよう に穿設され、金属層２１２の一部分の金属片２１４はスルーホール２１３の中に 充填される。半導体チップ２２１は基板２１０の上表面２１５に穿設されたスル ーホール２１３の真上に位置するように形成され、半導体チップ２２１はワイヤ ２２２により基板２１０の上表面２１５のターミナル２２３に連接される。この 時、注入されたモールド樹脂２２４は基板２１０の上表面２１５から突出した半 導体チップ２２１全体を完全に包み込むため、半導体チップ２２１に完全気密の 密封環境を提供することができる。基板２１０の上表面２１５の金属片２１４は 真上に位置する半導体チップ１２１に当接することができるため、半導体チップ ２２１から生じた熱量は金属片２１４を経て金属層２１２に伝導して放熱を行う ように構成されている。

【０００８】 このような従来の技術については下記のような問題を指摘することができる。

【０００９】 上述した前者の従来の技術では、基板１１０と結合する時、半導体チップ１２ １は突出しているため、基板１１０の厚さが厚くなるという欠点を有する。また 、半導体チップ１２１は基板１１０から突出していることにより、半導体チップ １２１とターミナル１２３との間の距離が増えるに従って、ワイヤ１２２の長さ も増えるため、信号の転送に時間がかかるという欠点を有する。加えて、ワイヤ １２２の長さが増えるに従って、ワイヤ１２２の抵抗も増えるため、信号の転送 が遅くなったり、弱くなったりする欠点を有し、更に、ワイヤ１２２の長さが増 えるため、材料が無駄になると共に、パッケージングの時にワイヤ１２２が傷付 きやすいという問題点を有する。

【００１０】 上述したもう一つの従来の技術では、基板２１０と結合する時、半導体チップ ２２１は突出しているため、基板２１０の厚さが厚くなるという欠点を有する。 また、半導体チップ２２１は基板２１０から突出していることにより、半導体チ ップ２２１とターミナル２２３との間の距離が増えるに従って、ワイヤ２２２の 長さも増えるため、信号の転送に時間がかかるという欠点を有する。加えて、ワ イヤ２２２の長さが増えるに従って、ワイヤ２２２の抵抗も増えるため、信号の 転送が遅くなったり、弱くなったりする欠点を有し、更に、ワイヤ２２２の長さ が増えるため、材料が無駄になると共に、パッケージングの時にワイヤ２２２が 傷付きやすいという問題点を有する。

【００１１】

【考案が解決しようとする課題】

本考案は、従来の技術の有するこのような問題点に鑑みなされたものであり、 その目的とするところは、次のようなことを達成できる電子素子の積み重ね構造 を提供することにある。

【００１２】 本考案の目的は、基板にスルーホールを穿設して半導体チップ又は電子素子を 入れることにより、半導体チップ又は電子素子が基板に沈み込んで基板から突出 することなく、半導体チップ又は電子素子のモールド樹脂は基板においての高さ を低く抑えることができ、基板を他の基板に積み重ねることができる電子素子の 積み重ね構造を提供することにある。

【００１３】 本考案の第二の目的は、半導体チップ又は電子素子を基板に沈み込ませ、基板 又は電子素子とターミナルとの距離を減らすことにより、基板又は電子素子とタ ーミナルとのワイヤの長さを減らすことができ、ワイヤによる信号の伝送時間が 短くなると共に、ワイヤの抵抗が減少しワイヤの材料を節約することができる電 子素子の積み重ね構造を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するために、本考案による電子素子の積み重ね構造は下記のよ うに構成される。

【００１５】 すなわち、本考案の電子素子の積み重ね構造は、基板、上凹欠部、下凹欠部、 上電子素子および下電子素子により構成される。基板の上表面と下表面の間には 一層の金属層が敷設される。上凹欠部は基板の上表面から金属層まで貫穿すると 共に、金属層が上凹欠部の底部に形成される。上電子素子は上凹欠部の底部の金 属層の上に設置されると共に、モールド樹脂により被覆され、下電子素子は上凹 欠部の底部の金属層の上に設置されると共に、モールド樹脂により被覆される。 金属層は上電子素子と下電子素子から生じた熱量を外部に伝導して放熱すること ができる。

【００１６】 また、本考案の電子素子の積み重ね構造は、下記のように構成することもでき る。 1. 基板の金属層を基板表面上の金属ボールと連接することにより、熱量を伝導 し放熱することができる。 2. 複数個の基板を積み重ねると共に、前記複数個の基板をプリント回路板に置 くことにより、多半導体チップモジュールが形成される。 3. 基板を金属ボールによりプリント回路板に固定する。 4. 基板を金属ボールにより他の基板に積み重ねて固定する。 5. 上電子素子と下電子素子にターミナルを設けると共に、ワイヤにより上電子 素子と下電子素子のターミナルを、基板のターミナルとを連接させる。

【００１７】 本考案の電子素子の積み重ね構造は、基板は有機物質層と金属層を有し、有機 物質層にはそれぞれ基板の上表面と下表面から金属層の上表面と下表面まで貫穿 するように上凹欠部と下凹欠部が凹設され、上凹欠部と下凹欠部の底部はそれぞ れ金属層の上表面と下表面に形成される。上電子素子と下電子素子をそれぞれ上 凹欠部と下凹欠部に設置すると共に、ワイヤによりそれぞれ上電子素子と下電子 素子の各ターミナルを、基板の上表面と下表面のターミナルとを連接させ、それ から、上凹欠部と下凹欠部の中にそれぞれモールド樹脂を注入して上電子素子と 下電子素子全体を完全に包み込むため、完全気密の密封環境が形成される。上電 子素子と下電子素子がそれぞれ上凹欠部と下凹欠部に設置された時、上電子素子 と下電子素子の底部は基板の金属層と接触するため、上電子素子と下電子素子か ら生じた熱量は基板の金属層を経て金属ボールに伝導して放熱される。

【００１８】 本考案の電子素子の積み重ね構造は、電子素子が基板に沈み込んでいるため、 従来の技術で半導体チップが基板の上に突出しているのと比較すると、本考案の 基板に設けられた電子素子のモールド樹脂の高さは、従来の基板に設けられた電 子素子のモールド樹脂の高さより低く、そのため、基板を他の基板に積み重ねた 時、各基板のモールド樹脂は互いに接触しないように形成される。また、プリン ト回路板の上表面と下表面にはそれぞれ複数個の積み重ねた基板が設置されるた め、プリント回路板には多半導体チップモジュール（Multi chip module：MCM） を形成するように構成される。

【００１９】 本考案の電子素子の積み重ね構造は、電子素子のターミナルと基板のターミナ ルとの距離が、従来の半導体チップのターミナルと基板のターミナルとの距離よ り小さいため、本考案における電子素子のターミナルと基板のターミナルとを連 接するためのワイヤの長さは減少され、そのため、ワイヤによる信号の伝送時間 が短くなると共に、ワイヤの抵抗が減少し、かつ、ワイヤの材料を節約すること ができる。

【００２０】

【考案の実施の形態】

本考案の実施の形態について、以下、図面を参照して説明する。

【００２１】 図３に本考案の実施例による基板と電子素子とが結合した態様を示す断面図に おいて、本考案の電子素子の積み重ね構造は、基板４１０、上凹欠部４１４、下 凹欠部４１７、上電子素子４２１および下電子素子４３１により構成される。基 板４１０は上表面４１３と上表面４１３に対応する下表面４１６を有し、上電子 素子４２１は基板４１０の上表面４１３に設置されるのに対し、下電子素子４３ １は基板４１０の下表面４１６に設置される。

【００２２】 基板４１０は有機物質層４１１と金属層４１２を有すると共に、金属層４１２ は有機物質層４１１の中に敷設される。有機物質層４１１は基板４１０の上表面 ４１３と下表面４１６に形成されると共に、回路レイアウトが布設される。また 、有機物質層４１１にはそれぞれ基板４１０の上表面４１３と下表面４１６から 金属層４１２の上表面と下表面まで貫穿するように上凹欠部４１４と下凹欠部４ １７が凹設されると共に、上凹欠部４１４と下凹欠部４１７の底部にはそれぞれ 金属層４１２の上表面と下表面が形成される。

【００２３】 上電子素子４２１と下電子素子４３１はそれぞれ上凹欠部４１４と下凹欠４１ ７に設置されると共に、ワイヤ４２２，４３２により上電子素子４２１と下電子 素子４３１の各ターミナル４２３，４３３と、基板４１０の上表面４１３と下表 面４１６の各ターミナル４２３，４３３とを連接される。上凹欠部４１４と下凹 欠部４１７にそれぞれモールド樹脂４２５，４３５を注入することにより、上凹 欠部４１４と下凹欠部４１７の中の上電子素子４２１と下電子素子４３１全体を 完全に包み込むため、完全気密の密封環境が形成される。

【００２４】 上電子素子４２１と下電子素子４３１は集積回路又はメモリーであり、上電子 素子４２１と下電子素子４３１がそれぞれ上凹欠部４１４と下凹欠部４１７に設 置された時、上電子素子４２１と下電子素子４３１の底面は基板４１０の金属層 ４１２と接触するため、上電子素子４２１と下電子素子４３１から生じた熱量は 基板４１０の金属層４１２を経て金属ボール４１９に伝導して放熱される。

【００２５】 図１及び２と図３を比較参照すると、本考案の基板４１０に上電子素子４２１ と下電子素子４３１を沈み込ませたモールド樹脂４２５，４３５の高さと、従来 の半導体チップ１２１，２２１が基板１１０，２１０から突出して形成されたモ ールド樹脂１２４，２２４の高さとを比較してみると、本考案の基板４１０のモ ールド樹脂４２５，４３５の高さは従来の基板１１０，２１０のモールド樹脂１ ２４，２２４の高さより低い。このため、本考案の基板４１０を他の基板４１０ に積み重ねる時、複数個の金属ボール４１９を二個の基板４１０に設置させ、金 属ボール４１９の厚さにより金属ボール４１９の両側に位置する基板４１０を隔 離することにより、各基板４１０のモールド樹脂４２５，４３５は互いに接触し ないように形成される。

【００２６】 本考案の基板４１０に沈め込ませた電子素子４２１，４３１は、従来の基板１ １０，２１０から突出している半導体チップ１２１，２２１と比べると、本考案 の電子素子４２１，４３１のターミナル４２３，４３３と基板４１０のターミナ ル４２４，４３４との距離は、従来の半導体チップ１２１，２２１のターミナル と基板１１０，２１０のターミナル１２３，２２３との距離より短い。このため 、本考案の電子素子４２１，４３１のターミナル４２３，４３３と基板４１０の ターミナル４２４，４３４とを連接するためのワイヤ４２２、４３２の長さは短 くなり、それにより、本考案ではワイヤによる信号の伝送時間が短くなると共に 、ワイヤの抵抗が減少し、ワイヤの材料を節約することができる。

【００２７】 図４，５を参照し、複数個の金属ボール４１９により基板４１０を他の基板４ １０に積み重ねた時、各基板４１０のモールド樹脂４２５，４３５は互いに接触 しないと共に、再び複数個の金属ボール４１９により各基板４１０を他の基板４ １０に続けて積み重ねることにより、プリント回路板４００の上表面４０１と下 表面４０２にそれぞれ複数個の基板４１０を積み重ねられるように形成され、プ リント回路板に多半導体チップモジュールが形成される。本考案の実施例では、 プリント回路板４００に二個の基板４１０だけを積み重ねているが、もっと多く の基板４１０を積み重ねることもできる。

【００２８】

【考案の効果】

本考案は、上述の通り構成されているので次に記載する効果を奏することがで きる。

【００２９】 本考案によれば、電子素子が基板に沈み込んでいるため、また、金属ボールを 設置することにより、基板を他の基板に積み重ねた時、各基板のモールド樹脂は 互いに接触しないように形成できる。また、プリント回路板の上表面と下表面に それぞれ複数個の基板を積み重ねて設置できるため、プリント回路板に多半導体 チップモジュールを形成させるように構成することができる。

【００３０】 また、本考案によれば、電子素子のターミナルと基板のターミナルとの距離が 相対的に短いため、電子素子のターミナルと基板のターミナルとを連接するため のワイヤの長さを減少でき、そのため、ワイヤによる信号の伝送時間を短くする ことができると共に、ワイヤの抵抗を減少させ、ワイヤの材料を節約することが できる。

【００３１】 本考案は、その主旨及び必須の特徴事項から逸脱することなく他のやり方で実 施することができる。従って、本明細書に記載した好ましい実施例は例示的なも のであり、本考案の範囲を限定するものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の基板と半導体チップとが結合した態様を
示す断面図である。

【図２】別の従来の基板と半導体チップとが結合した態
様を示す断面図である。

【図３】本考案の実施例の基板と電子素子とが結合した
態様を示す断面図である。

【図４】本考案の実施例の基板がプリント回路板に積み
重ねられた態様を示す上面図である。

【図５】図４の５−５線に沿った断面図である。

【符号の説明】

１１０ 基板 １１１ 有機物質
層 １１２ 金属層 １１３ 上表面 １１４ 下表面 １１５ スルーホー
ル １１６ エポキシ化合物 １２１ 半導体チ
ップ １２２ ワイヤ １２３ ターミナ
ル １２４ モールド樹脂 １２５ 金属層 １２６ 金属ボール ２１０ 基板 ２１１ 有機物質層 ２１２ 金属層 ２１３ スルーホール ２１４ 金属片 ２１５ 上表面 ２１６ 下表面 ２２１ 半導体チップ ２２２ ワイヤ ２２３ ターミナル ２２４ モールド
樹脂 ４００ プリント回路板 ４０１ 上表面 ４０２ 下表面 ４１０ 基板 ４１１ 有機物質層 ４１２ 金属層 ４１３ 上表面 ４１４ 上凹欠部 ４１５ 底部 ４１６ 下表面 ４１７ 下凹欠部 ４１８ 底部 ４１９ 金属ボール ４２１ 上電子素
子 ４２２ ワイヤ ４２３ ターミナ
ル ４２４ ターミナル ４２５ モールド
樹脂 ４３１ 下電子素子 ４３２ ワイヤ ４３３ ターミナル ４３４ ターミナ
ル ４３５ モールド樹脂

Claims (6)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板（４１０）、上凹欠部（４１４）、
   下凹欠部（４１７）、上電子素子（４２１）および下電
   子素子（４３１）により構成され、基板（４１０）の上
   表面（４１３）と下表面（４１６）の間に一層の金属層
   （４１２）が敷設され、上凹欠部（４１４）は基板（４
   １０）の上表面（４１３）から金属層（４１２）まで貫
   穿すると共に、金属層（４１２）は上凹欠部（４１４）
   の底部に形成され、上電子素子（４２１）は上凹欠部
   （４１４）の底部の金属層（４１２）の上に設置される
   と共に、モールド樹脂（４２５）により被覆され、下電
   子素子（４３１）は上凹欠部（４１７）の底部の金属層
   （４１２）の上に設置されると共に、モールド樹脂（４
   ３５）により被覆され、金属層（４１２）は上電子素子
   （４２１）と下電子素子（４３１）から生じた熱量を伝
   導し放熱することができることを特徴とする電子素子の
   積み重ね構造。
2. 【請求項２】 基板（４１０）の金属層（４１２）は基
   板（４１０）表面上の金属ボール（４１９）と連接する
   ことにより、熱量を伝導し放熱することができるように
   構成されている請求項１記載の電子素子の積み重ね構
   造。
3. 【請求項３】 複数個の基板（４１０）を積み重ねると
   共に、前記複数個の基板（４１０）をプリント回路板に
   置くことにより、多半導体チップモジュールが形成され
   るように構成されている請求項１または２記載の電子素
   子の積み重ね構造。
4. 【請求項４】 基板（４１０）は金属ボール（４１９）
   によりプリント回路板（４００）に固定されるように構
   成されている請求項３記載の電子素子の積み重ね構造。
5. 【請求項５】 基板（４１０）は金属ボール（４１９）
   により他の基板に積み重ねて固定されるように構成され
   ている請求項３記載の電子素子の積み重ね構造。
6. 【請求項６】 上電子素子（４２１）と下電子素子（４
   ３１）にターミナル（４２３，４３３）が設けられると
   共に、ワイヤ（４２２，４３２）により上電子素子（４
   ２１）と下電子素子（４３１）のターミナル（４２３，
   ４３３）を、基板（４１０）のターミナル（４２４，４
   ３４）とを連接させるように構成されている請求項１記
   載の電子素子の積み重ね構造。