JP6495791B2

JP6495791B2 - 半導体装置

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Publication number: JP6495791B2
Application number: JP2015180896A
Authority: JP
Inventors: 宏貴佐藤; 向田　秀子; 秀子向田; 慧至築山; 尾山　勝彦; 勝彦尾山; 明子藤巻; 善幸小坂
Original assignee: Toshiba Memory Corp
Current assignee: Kioxia Corp
Priority date: 2015-09-14
Filing date: 2015-09-14
Publication date: 2019-04-03
Anticipated expiration: 2035-09-14
Also published as: TW201711292A; TWI591902B; JP2017058755A; CN106532298B; CN106532298A

Description

実施形態の発明は、半導体装置に関する。

コンピュータ等の情報機器と周辺機器とを接続する際の接続規格の一つとしてＵＳＢ（ＵｎｉｖｅｒｓａｌＳｅｒｉａｌＢｕｓ：ＵＳＢ）が知られている。ＵＳＢによる接続では、オスコネクタ（プラグともいう）およびメスコネクタ（レセプタクルともいう）からなるＵＳＢコネクタにより情報機器と周辺機器とを接続することにより、データの転送が可能になるだけでなく、例えば情報機器から周辺機器の動作に必要な電源を得ることや、ＵＳＢハブを介して複数の機器を接続することもできる。

ＵＳＢによるデータ転送が可能な半導体装置の一つとしてプラグ一体型の半導体装置が挙げられる。プラグ一体型の半導体装置では、例えばプラグから延在する接続端子と回路基板の接続パッドとをはんだを介して電気的に接続する。しかしながら、接続端子と接続パッドとの間の接続部に力が加わると、接続端子の変形等によりプラグと回路基板との間の接続不良が生じる場合がある。

米国特許第９０６５２２９号明細書

実施形態の発明が解決しようとする課題は、プラグと回路基板との間の接続不良の発生を抑制することである。

実施形態の半導体装置は、レセプタクルと接続することによりＵＳＢによるデータ転送が可能な半導体装置である。半導体装置は、第１の接続パッドを含む複数の接続パッドを有する配線基板と、配線基板に搭載された半導体チップと、を備える回路基板と、第１の面と第１の面の反対側に位置する第２の面とを含む外周面を有する筐体部と、外周面に囲まれた中空部と、第１の面から第２の面に向かう方向に沿って延在する突起と、を有する第１の筐体と、中空部の内部から外部に向かう方向に沿って延在し、一方の端部側で第１の接続パッドに電気的に接続し、他方の端部側で前記レセプタクルと電気的に接続可能な接続端子と、を備えるプラグと、回路基板を覆いつつ第１の面および第２の面に接し、突起と嵌合する差込穴を有する第２の筐体と、を具備する。

半導体装置の構造例を示す側面模式図である。半導体装置の構造例を示す平面模式図である。プラグの構造例を示す模式図である。半導体装置の他の構造例を示す側面模式図である。半導体装置の他の構造例を示す平面模式図である。半導体装置の製造方法例を説明するための図である。半導体装置の製造方法例を説明するための図である。

以下、実施形態について、図面を参照して説明する。なお、図面は模式的なものであり、例えば厚さと平面寸法との関係、各層の厚さの比率等は現実のものとは異なる場合がある。また、実施形態において、実質的に同一の構成要素には同一の符号を付し説明を省略する。

図１は、半導体装置の側面模式図である。図２は、半導体装置の平面模式図である。図１および図２に示す半導体装置１０は、筐体１と、回路基板２と、プラグ３と、を具備する。なお、図１および図２では、便宜のため、一部の構成要素は図示されていない。

筐体１は、回路基板２を覆うように設けられている。筐体１は、絶縁性を有し、例えばポリ塩化ビニル等の合成樹脂等により形成される。筐体１は、差込穴１１ａと溝１１ｂとを有する筐体部１１と、内壁に差込穴１１ａおよび溝１１ｂを有する開口部１ａを筐体部１１との間に有するように筐体部１１に結合された筐体部１２と、を備える。換言すると、開口部１ａの内壁は、差込穴１１ａを有する第１の内壁部と、開口部１ａの深さ方向において第１の内壁部の位置よりも深い位置に設けられた溝１１ｂを有する第２の内壁部と、を有する。差込穴１１ａの平面形状は矩形状であるが、これに限定されず円状であってもよい。差込穴１１ａは、貫通穴であってもよい。また、差込穴１１ａは溝１１ｂと連続する一つの開口部として設けられていてもよい。

回路基板２は、差込穴１１ａの全部に重畳しないように開口部１ａの第２の内壁部に設けられている。回路基板２は、図１および図２に示す回路基板２はＳｉＰ（ＳｙｓｔｅｍｉｎａＰａｃｋａｇｅ：ＳｉＰ）であるがこれに限定されない。回路基板２は、開口部１ａの内壁に接して固定されていてもよい。

回路基板２は、面２１ａと面２１ａの反対側に位置する面２１ｂとを有する配線基板２１と、面２１ａ上に搭載されたメモリチップ２２と、面２１ａ上に搭載され、配線基板２１を介してメモリチップ２２に電気的に接続されたコントローラチップ２３と、メモリチップ２２およびコントローラチップ２３を封止する封止樹脂層２４と、を具備する。回路基板２は、例えば配線基板２１上のメモリチップ２２およびコントローラチップ２３を封止樹脂層２４により封止した後、パッケージダイシングを行うことにより形成される。よって、面２１ａの全体が封止樹脂層２４に覆われていてもよい。

配線基板２１は、面２１ａ上に設けられた複数の接続パッドと、面２１ｂ上、すなわちメモリチップ２２およびコントローラチップ２３の搭載面の反対側に位置する面に設けられ、接続パッド２１１を含む複数の接続パッドと、を有する。面２１ａおよび面２１ｂ上に設けられた複数の接続パッドを介してメモリチップ２２とコントローラチップ２３とが電気的に接続される。面２１ａ上の接続パッドは、例えば配線基板２１を貫通するビアを介して面２１ｂ上の接続パッドに電気的に接続することができる。配線基板２１としては、例えば表面に設けられた接続パッドを備える配線層を有する、ガラスエポキシ等の樹脂基板等を用いることができる。

メモリチップ２２は、例えば複数積層された半導体チップを有する。複数の半導体チップは、接着層を介して一部が重畳するように互いに接着される。複数の半導体チップは、ワイヤボンディングによりそれぞれの半導体チップに設けられた電極を接続することにより電気的に接続される。半導体チップとしては、例えばＮＡＮＤフラッシュメモリ等の記憶素子を有するメモリチップ等を用いることができる。このとき、半導体チップは、メモリセルに加え、デコーダ等を備えていてもよい。

コントローラチップ２３は、メモリチップ２２に記憶されたデータの書き込みおよび読み出し動作の実行を制御する。コントローラチップ２３には、半導体チップを用い、例えばワイヤボンディングにより半導体チップに設けられた電極パッドと配線基板２１に設けられた接続パッドとを接続することにより配線基板２１に電気的に接続される。

メモリチップ２２およびコントローラチップ２３と配線基板２１との接続方法としては、ワイヤボンディングに限定されず、フリップチップボンディングやテープオートメーテッドボンディング等のワイヤレスボンディングを用いてもよい。また、配線基板２１の面２１ａにメモリチップ２２とコントローラチップ２３とを積層させたＴＳＶ（ＴｈｒｏｕｇｈＳｉｌｉｃｏｎＶｉａ：ＴＳＶ）方式等の３次元実装構造を用いてもよい。
回路基板２は、メモリチップ２２およびコントローラチップ２３の代わりに他の半導体チップや受動部品を有していてもよい。また、メモリチップ２２とコントローラチップ２３の位置は逆であってもよい。

封止樹脂層２４は、メモリチップ２２およびコントローラチップ２３を覆うように、配線基板２１の面２１ａ上に設けられている。封止樹脂層２４は、ＳｉＯ_２等の無機充填材を含有する。また、無機充填材は、ＳｉＯ_２に加え、例えば水酸化アルミニウム、炭酸カルシウム、酸化アルミニウム、窒化ホウ素、酸化チタン、またはチタン酸バリウム等を含んでいてもよい。無機充填材は、例えば粒状であり、封止樹脂層２４の粘度や硬度等を調整する機能を有する。封止樹脂層２４中の無機充填材の含有量は、例えば６０％以上９０％以下である。封止樹脂層２４としては、例えば無機充填材と絶縁性の有機樹脂材料との混合物を用いることができる。有機樹脂材料としては、例えばエポキシ樹脂が挙げられる。

封止樹脂層２４の形成法としては、例えば無機充填材と有機樹脂等との混合物を用いた、トランスファモールド法、コンプレッションモールド法、インジェクションモールド法、シートモールド法、または樹脂ディスペンス法等が挙げられる。

図３は、プラグの構造例を示す模式図である。図３に示すプラグ３は、筐体３１と、端子部３２と、を備える。プラグ３としては、例えばＵＳＢ２．０またはＵＳＢ３．０のコネクタを構成するプラグが挙げられる。ＵＳＢ規格の一つであるＵＳＢ３．０では、ＵＳＢ２．０との互換性を保ちながら、ＵＳＢ２．０の１０倍以上の転送速度を有する高速転送を行うことが可能である。なお、プラグ３は、ＵＳＢ２．０およびＵＳＢ３．０以外のＵＳＢ規格のコネクタを構成してもよい。

筐体３１は、面３１ａ（下面）と、面３１ａの反対側に位置する面３１ｂ（上面）と、面３１ａまたは面３１ｂに垂直な方向に沿って設けられた面３１ｃ（左側面）と、面３１ｃの反対側に位置する面３１ｄ（右側面）とを含む外周面と、外周面に囲まれ、プラグ３の長さ方向に延在する中空部３１１と、筐体３１から面３１ａまたは面３１ｂと異なる方向に沿って延在する固定用突起３１ｅと、を有する。なお、筐体３１の外周面は、５面以上の面を有していてもよい。

図３において、固定用突起３１ｅは、プラグ３の基端（面３１ｂの基端）において、面３１ｃ側および面３１ｄ側のそれぞれに設けられている。固定用突起３１ｅは、面３１ｂから面３１ｂに垂直な方向（下方向）に沿って延在する。なお、固定用突起３１ｅは、例えば面３１ａから下方向に突出するように設けられていてもよい。

固定用突起３１ｅは、図１および図２に示すように、差込穴１１ａと嵌合される。このとき、筐体部１１は面３１ａに接し、筐体部１２は面３１ｂに接している。これにより、プラグ３は、上下方向から挟み込まれる。図１の筐体部１１において、筐体部１１と面３１ａとの接触部の厚さおよび筐体部１１と面３１ｂとの接触部の厚さは、固定用突起３１ｅと差込穴１１ａとの嵌合部の厚さよりも薄い。これにより、半導体装置１０を薄くすることができる。なお、固定用突起３１ｅは、筐体部１１に埋め込まれていてもよい。

端子部３２は、例えばポリ塩化ビニル等の合成樹脂等の絶縁部３２１と、絶縁部３２１上に設けられた複数の接続端子３２２と、を有する。接続端子３２２としては、例えば銅等を用いることができる。また、接続端子３２２としては、例えば銅合金（例えばベリリウム銅、リン青銅、コバルト銅）やニッケル合金（例えばベリリウムニッケル）等の材料を用いてもよい。

複数の接続端子３２２のそれぞれは、プラグ３の先端から基端に沿って設けられ、中空部３１１の内部から外部に延在している。プラグ３の先端側の中空部３１１内において、接続端子３２２の一端は露出している。複数の接続端子３２２は、レセプタクルに接続可能な外部接続端子としての機能を有する。

プラグ３の基端において、接続端子の３２２の他端は、図１および図２に示すように、はんだ５を介して接続パッド２１１に電気的に接続されている。接続端子３２２は、中空部３１１の内部から外部に延在し、第１の接続パッドに電気的に接続されている。なお、接続端子３２２は、中空部３１１の内部に設けられた外部接続端子と、当該外部接続端子に電気的に接続され、中空部３１１の外部に延在し、はんだ５を介して接続パッド２１１に電気的に接続された内部接続端子と、を有していてもよい。

半導体装置１０をレセプタクルに接続させる場合、プラグ３の先端側の中空部３１１内において露出された接続端子３２２は、レセプタクルの接続端子に接触する。これにより、半導体装置１０と、レセプタクルを具備する情報機器との間でＵＳＢによるデータ転送を行うことができる。

接続端子３２２としては、電源端子（ＶＢＵＳ）、差動信号である通常転送用のデータ信号のための信号端子（Ｄ＋、Ｄ−）、およびグランド端子（ＧＮＤ）等のＵＳＢ２．０またはＵＳＢ３．０によるデータ転送に必要な接続端子や、差動信号である高速転送用の送信データ信号のための信号端子（ＳＳＴＸ＋、ＳＳＴＸ−）、差動信号である高速転送用の受信データ信号のための信号端子（ＳＳＲＸ＋、ＳＳＲＸ−）等のＵＳＢ３．０による高速転送に必要な接続端子等が設けられる。図３では、一例として電源端子（ＶＢＵＳ）、通常転送用のデータ信号のための信号端子（Ｄ＋、Ｄ−）、およびグランド端子（ＧＮＤ）の４本の接続端子３２２を図示している。

接続端子３２２の一部を配線基板２１の接続パッド２１１に電気的に接続する場合やプラグ３自体を配線基板２１に電気的に接続する場合、例えばＳＭＴ（ＳｕｒｆａｃｅＭｏｕｎｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ：ＳＭＴ）等のはんだ接合により接合が行われる。しかしながら、ＳＭＴ等のはんだ接合は、コストが高いため、はんだ接合箇所が増えるとその分製造コストが高くなってしまう。このように、ＵＳＢによるデータ転送が可能な半導体装置では、はんだ接合箇所を可能な限り少なくし、安価に製造が可能な構造が求められている。

上記半導体装置では、回路基板の代わりに筐体に差込穴を設け、プラグの固定用突起を差込穴に嵌合させることにより、プラグを固定する。仮に、回路基板とプラグとを固定する場合、固定強度を高めるためにＳＭＴによるはんだ接合で回路基板とプラグとを機械的に接続することが必要となる。また、封止樹脂層に差込穴を形成する場合、封止状態が悪化する等の問題がある。よって、プラグの固定用突起を筐体の差込穴に嵌合させてプラグを固定することにより、ＳＭＴによるはんだ接合箇所の増加を抑制しつつ、プラグを固定することができる。よって、例えば製造コストを低減することができる。また、回路基板に差込穴を設ける必要がないため、封止状態が保持され、また回路基板を小さくすることができる。

また、プラグを筐体に嵌合させて固定する場合、嵌合部が一方向のみであると例えばプラグに外力が与えられ、プラグの接続端子と回路基板の接続パッドとの間の接続部に力が加わる。よって、接続端子の変形等によりプラグと回路基板との間の接続不良が生じる場合がある。

上記半導体装置では、プラグを筐体に嵌合させるとともに筐体がプラグの筐体部の第１の面と第１の面の反対側に位置する第２の面に接している。筐体により、プラグを複数の方向から支持することができるため、プラグの接続端子と回路基板の接続パッドとの間の接続不良の発生を抑制することができる。

半導体装置１０の構造は、上記構造に限定されない。図４は、半導体装置の他の構造例を示す側面模式図である。図５は、半導体装置の他の構造例を示す平面模式図である。

図４および図５に示す半導体装置は、図１および図２に示す半導体装置と比較して筐体１が面３１ｃおよび面３１ｄに接している構成が異なる。すなわち、筐体１は、面３１ａないし面３１ｄに接して外周面の基端を含む一部（筐体３１の基端を含む一部）を囲むように設けられている。

上記半導体装置では、プラグを筐体に嵌合させるとともに筐体がプラグの筐体部の第１の面と第１の面の反対側の第２の面と第１の面または第２の面に垂直に設けられた第３の面に接している。筐体により、プラグを複数の方向から支持することができるため、プラグの接続端子と回路基板の接続パッドとの間の接続不良の発生を抑制することができる。

次に、上記半導体装置の製造方法例について図６および図７を参照して説明する。図６および図７は、半導体装置の製造方法例を説明するための図である。

上記半導体装置の製造方法例では、図６に示すように、差込穴１１ａと溝１１ｂとプラグ３を支持するための領域１１ｃとを有する筐体部１１を準備する。筐体部１１は、例えば金型に樹脂を流し込んで固化させることにより所望の形状に成形される。領域１１ｃは、差込穴１１ａよりも筐体部１１の先端側に設けられている。溝１１ｂは、差込穴１１ａよりも筐体部１１の基端側に設けられている。

次に、溝１１ｂ上に回路基板２を載置する。また、プラグ３を準備し、面３１ａを領域１１ｃに接触させつつ、固定用突起３１ｅを差込穴１１ａと嵌合させてプラグ３の一部を筐体部１１上に載置する。さらに、接続端子３２２の基端を例えばＳＭＴ等のはんだ接合によりはんだ５を介して接続パッド２１１に電気的に接続する。

インサート成形により筐体部１１とプラグ３とを固着してもよい。インサート成形とは、金型内に挿入した金属部品の周りに樹脂を注入して金属と樹脂を一体化する成形方法である。このとき、固定用突起３１ｅは、筐体部１１に埋め込まれるように固着されている。

次に、図７に示すように、プラグ３を支持するための領域１２ａを有する筐体部１２を準備する。筐体部１２は、例えば金型に樹脂を流し込んで固化させることにより所望の形状に形成される。領域１２ａは、筐体部１２の先端側に設けられている。なお、筐体部１１と同様に筐体部１２に溝を設け、筐体部１１の溝１１ｂと筐体部１２の溝とを対向させながら筐体部１１と筐体部１２とを結合させてもよい。

次に、側壁に差込穴１１ａを有する開口部を筐体部１１と筐体部１２との間に形成するように筐体部１１に筐体部１２を結合させる。このとき、例えばスナップフィット等を用いて筐体部１１と筐体部１２とを結合させてもよい。スナップフィットを用いた結合法では、筐体部１１および筐体部１２の一方に凸部を設け、他方に凹部を設け、材料の弾性を利用して凸部を凹部に嵌めこんで引っかけることにより筐体部１１と筐体部１２とを結合させる。また、接着剤等を用いて筐体部１１と筐体部１２とを互いに貼り合わせてもよい。上記工程により、半導体装置１０を製造することができる。

なお、各実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施し得るものであり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…筐体、１ａ…開口部、２…回路基板、３…プラグ、１０…半導体装置、１１…筐体部、１１ａ…差込穴、１１ｂ…溝、１２…筐体部、２１…配線基板、２１ａ…面、２１ｂ…面、２２…メモリチップ、２３…コントローラチップ、２４…封止樹脂層、３１…筐体、３１ａ〜３１ｄ…面、３１ｅ…固定用突起、３２…端子部、２１１…接続パッド、３１１…中空部、３２１…絶縁部、３２２…接続端子。

Claims

レセプタクルと接続することによりデータ転送が可能な半導体装置であって、
第１の接続パッドを含む複数の接続パッドを有する配線基板と、前記配線基板に搭載された半導体チップと、を備える回路基板と、
第１の面と前記第１の面の反対側に位置する第２の面とを含む外周面を有する筐体部と、前記外周面に囲まれた中空部と、前記第１の面から前記第２の面に向かう方向に沿って延在する突起と、を有する第１の筐体と、前記中空部の内部から外部に向かう方向に沿って延在し、一方の端部側で前記第１の接続パッドに電気的に接続し、他方の端部側で前記レセプタクルと電気的に接続可能な接続端子と、を備えるプラグと、
前記回路基板を覆いつつ前記第１の面および前記第２の面に接し、前記突起と嵌合する差込穴を有する第２の筐体と、を具備する、半導体装置。
前記回路基板は、前記半導体チップを封止する封止樹脂層をさらに備え、
前記第１の接続パッドは、前記配線基板の前記半導体チップの搭載面の反対側に位置する面に設けられている、請求項１に記載の半導体装置。
前記接続端子は、はんだを介して前記第１の接続パッドに電気的に接続されている、請求項２に記載の半導体装置。
前記第２の筐体は、
前記第１の面に接し、且つ前記差込穴を有する第１の筐体部と、
前記第２の面に接し、且つ内壁に前記差込穴を有する開口部を前記第１の筐体部との間に有するように前記第１の筐体部に結合された第２の筐体部と、を有し、
前記回路基板は、前記開口部に設けられている、請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の半導体装置。
前記外周面は、前記第１の面または前記第２の面に垂直に沿って設けられた第３の面をさらに含み、
前記第２の筐体は、前記第１の面ないし前記第３の面に接して前記外周面の一部を囲むように設けられている、請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の半導体装置。