專利名稱：半導(dǎo)體模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有電子元件置于模塊板上的半導(dǎo)體模塊，尤其涉及具有設(shè)置成面向模 塊板的頂板的半導(dǎo)體模塊，在頂板和模塊板之間具有電子元件，該頂板通過(guò)粘合劑粘附于 電子元件。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)上已提出具有設(shè)置成面向模塊板的頂板并在模塊板和頂板之間具有電子元 件的半導(dǎo)體模塊。例如，實(shí)開(kāi)平7-42126號(hào)公報(bào)披露了這樣一種頂板，其形成有由例如樹(shù)脂 或陶瓷的材料形成的絕緣板(例如參見(jiàn)段W010]和上述出版物的圖1)。具有頂板的半導(dǎo)體模塊的常規(guī)示例包括一種使由鎳銀薄板(金屬)制成的帶支腳 頂板焊接于模塊板的結(jié)構(gòu)。頂板需要是無(wú)支腳的以實(shí)現(xiàn)緊湊模塊板；然而，在無(wú)支腳頂板配 合于設(shè)置在模塊板上的電子元件的情形下，如果頂板脫落，頂板(其由金屬制成)會(huì)與其上 安裝半導(dǎo)體模塊的主板上的元件接觸，從而造成電氣短路。在頂板脫落時(shí)發(fā)生的上述不便可通過(guò)給予頂板一絕緣結(jié)構(gòu)(其中用樹(shù)脂覆蓋金 屬的結(jié)構(gòu))來(lái)防止。另一方面，由于由層層疊加的不同材料形成頂板的這樣一種結(jié)構(gòu)，當(dāng)半 導(dǎo)體模塊安裝在主板時(shí)，頂板隨著溫度變化而發(fā)生翹曲。這導(dǎo)致電子元件的安裝困難。這 個(gè)問(wèn)題將在下面更為詳細(xì)地說(shuō)明。圖5A是示出具有頂板的半導(dǎo)體模塊的結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子的截面圖，該頂板被構(gòu)造 為金屬通過(guò)樹(shù)脂而絕緣。在該半導(dǎo)體模塊中，電子元件103設(shè)置在模塊板101上并在電子 元件103與模塊板101之間具有導(dǎo)線圖案102。電子元件103通過(guò)按需使用焊料104粘附 (焊接)于導(dǎo)線圖案102。頂板105設(shè)置成面向模塊101以覆蓋電子元件103。頂板105被構(gòu)造成使金屬層105b粘附于樹(shù)脂層105a的一側(cè)，在其上進(jìn)一步設(shè)置 阻焊劑105c以涂覆金屬層105b。這樣的結(jié)構(gòu)有助于確保頂板105的剛度和絕緣性。另一方面，圖6A是示出具有頂板的半導(dǎo)體模塊的結(jié)構(gòu)的另一例子的截面圖，頂板 被構(gòu)造成使金屬通過(guò)樹(shù)脂而絕緣。在該半導(dǎo)體模塊中，金屬層105b形成在樹(shù)脂層105a的與 金屬層105b形成在圖5A所示頂板105中的一側(cè)相反的那一側(cè)。也就是說(shuō)，圖6A所示頂板 105被構(gòu)造成使金屬層105b在更靠近電子元件的一側(cè)粘附于樹(shù)脂層105a，而阻焊劑105c 被設(shè)置為涂覆層以覆蓋金屬層105b。在任一種情形下，頂板105通過(guò)粘合劑106固定于較高并具有大到足以確保粘附 區(qū)域的表面的電子元件103之一。如果在模塊的中央部分沒(méi)有電子元件103可用來(lái)粘附于 頂板105，則頂板105通過(guò)粘附于處在模塊外周部的多個(gè)電子元件103而與模塊板101保持平行。然而，由于樹(shù)脂層105a和金屬層105b具有不同的熱膨脹系數(shù)，因此溫度變化造成 頂板105的翹曲，頂板105被構(gòu)造成使金屬層105b僅粘附于金屬層105a的一側(cè)，如圖5A 和6A所示。在半導(dǎo)體模塊通過(guò)回流焊接粘附于主板時(shí)這導(dǎo)致模塊內(nèi)的電子元件103的安 裝失敗。
即，圖5A和6A所示的每個(gè)半導(dǎo)體模塊通過(guò)回流焊接安裝在未示出的主板上，且使 頂板105固定在模塊中的焊料104和粘合劑106通過(guò)在回流焊接中施加于主板上的半導(dǎo)體 模塊的熱熔化或軟化。在圖5A所示的結(jié)構(gòu)中，如果頂板105在焊料104和粘合劑106熔化 或軟化的狀態(tài)下翹曲，則頂板105如圖5B所示地下壓電子元件103。在冷卻時(shí)，焊料104首 先硬化，因此電子元件103固定為傾斜狀態(tài)。另一方面，在圖6A所示的結(jié)構(gòu)中，如果頂板105在焊料104和粘合劑106熔化或軟 化的狀態(tài)下翹曲，如圖6B所示，頂板105使通過(guò)粘合劑106固定的電子元件103上拉。另 外，在冷卻時(shí)，如上述情形那樣，電子元件105固定于傾斜狀態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容
已作出本發(fā)明來(lái)解決上述問(wèn)題，且本發(fā)明的一個(gè)目的是消除由不同材料形成的頂 板在溫度變化下發(fā)生的翹曲，由此提供在將半導(dǎo)體模塊設(shè)置在主板上時(shí)能夠減小電子元件 的安裝失敗的半導(dǎo)體模塊。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明，半導(dǎo)體模塊設(shè)置有模塊板；置于模塊板上的電 子元件；以及設(shè)置成面向模塊板的頂板，在模塊板和頂板之間具有電子元件，并且該頂板通 過(guò)粘合劑粘附于電子元件。這里，頂板包括樹(shù)脂層和金屬層并具有絕緣性，所述金屬層包括 形成在樹(shù)脂層前側(cè)的金屬層以及形成在樹(shù)脂層后側(cè)的金屬層，且由于樹(shù)脂層和形成在樹(shù)脂 層前側(cè)的金屬層之間的熱膨脹系數(shù)差異而隨溫度變化在頂板中引起的翹曲被由于樹(shù)脂層 和形成在樹(shù)脂層后側(cè)的金屬層之間的熱膨脹系數(shù)差異而隨溫度變化在頂板中引起的翹曲 所抵消。通過(guò)這種結(jié)構(gòu)，由于頂板的所述金屬層包括分別形成在樹(shù)脂層前側(cè)和后側(cè)的金屬 層，由于樹(shù)脂層和形成在樹(shù)脂層前側(cè)的金屬層之間的熱膨脹系數(shù)差異而隨溫度變化在頂板 中引起的翹曲能被由于樹(shù)脂層和形成在樹(shù)脂層后側(cè)的金屬層之間的熱膨脹系數(shù)差而隨溫 度變化在頂板中引起的翹曲所抵消。結(jié)果，隨著溫度變化在頂板中引起的翹曲可從頂板上 各個(gè)位置予以消除。因此，例如在將半導(dǎo)體模塊安裝在主板時(shí)執(zhí)行的回流焊接工藝中，可防 止通過(guò)粘合劑粘附于頂板的模塊中的電子元件下壓至模塊板或相反地由于頂板的翹曲而 上拉。這有助于減小模塊板上電子元件的安裝失敗。


本發(fā)明的這些和其它目的和特征可從較佳實(shí)施例的如下說(shuō)明和在下面簡(jiǎn)單列出 的附圖中更清楚地予以理解。圖1A是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體模塊的結(jié)構(gòu)的平面圖，而 圖1B是示出半導(dǎo)體模塊的截面圖。圖2A是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的半導(dǎo)體模塊的結(jié)構(gòu)的平面圖，而 圖2B是示出半導(dǎo)體模塊的截面圖。圖3A是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施例的半導(dǎo)體模塊的結(jié)構(gòu)的平面圖，而 圖3B是示出半導(dǎo)體模塊的截面圖。圖4A是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明再一實(shí)施例的半導(dǎo)體模塊的結(jié)構(gòu)的平面圖，而 圖4B是示出半導(dǎo)體模塊的截面圖。
圖5A是示出具有通過(guò)用樹(shù)脂絕緣金屬制成的頂板的半導(dǎo)體模塊的結(jié)構(gòu)的一個(gè)例 子的截面圖，而圖5B是示出翹曲在頂板發(fā)生的狀態(tài)的半導(dǎo)體模塊的截面圖。圖6A是示出具有通過(guò)用樹(shù)脂絕緣金屬制成的頂板的半導(dǎo)體模塊的結(jié)構(gòu)的另一例 子的截面圖，而圖6B是示出翹曲在頂板發(fā)生的狀態(tài)的半導(dǎo)體模塊的截面圖。
具體實(shí)施例方式[實(shí)施例1]下面，參照相關(guān)附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。圖1A是示意性地示出根據(jù)本實(shí)施例的半導(dǎo)體模塊的結(jié)構(gòu)的平面圖，而圖1B是沿 圖1A的剖切線A-A’得到的截面圖。在本實(shí)施例的半導(dǎo)體模塊中，電子元件3設(shè)置在模塊 板1 (布線板)上的導(dǎo)線圖案2上。作為電子元件3，設(shè)置有多個(gè)電子元件3，包括例如電感、 電容和電阻的無(wú)源器件以及例如IC和半導(dǎo)體的有源器件。該多個(gè)電子元件3根據(jù)需要通 過(guò)焊料4粘附(焊接)于導(dǎo)線圖案2。頂板5被設(shè)置成面向模塊板1并在兩者之間設(shè)置電 子元件3。頂板5通過(guò)粘合劑6 (彈性材料)粘附于多個(gè)電子元件3中的一個(gè)電子元件3的 上表面。在模塊板1的后側(cè)，即在模塊板1與其上設(shè)置電子元件的一側(cè)相反的那一側(cè)，形成 通過(guò)外部連接電極連接于未示出的主板(電路板)的導(dǎo)線圖案7。上述構(gòu)造的半導(dǎo)體模塊 通過(guò)回流焊接安裝在主板上。接著，對(duì)上面提到的頂板5的結(jié)構(gòu)作出說(shuō)明。頂板5由樹(shù)脂層11、金屬層12和13、 以及充當(dāng)絕緣層的阻焊劑14和15構(gòu)成。金屬層12 (第一金屬層)形成在樹(shù)脂層11前側(cè) 除卻其外周部分的區(qū)域。阻焊劑14作為涂覆層設(shè)置在樹(shù)脂層11上以覆蓋金屬層12。另一 方面，金屬層13 (第二金屬層)形成在樹(shù)脂層11后側(cè)除卻其外周部分的區(qū)域。阻焊劑15 作為涂覆層設(shè)置在樹(shù)脂層11上以覆蓋金屬層13。結(jié)果，頂板5具有前側(cè)和后側(cè)相對(duì)于樹(shù)脂 層11彼此對(duì)稱的層結(jié)構(gòu)。這里，樹(shù)脂層11的前側(cè)是樹(shù)脂層11與面向模塊板1的一側(cè)(即通過(guò)粘合劑6粘 附于電子元件3的一側(cè))相反的那一側(cè)。樹(shù)脂層11的后側(cè)是樹(shù)脂層11面向模塊板1的那 一側(cè)。因此，例如位于樹(shù)脂層11前側(cè)的金屬層是金屬層12，而位于樹(shù)脂層11后側(cè)的金屬層 是金屬層13。根據(jù)如上所述頂板5的層結(jié)構(gòu)，金屬層12和13覆蓋有樹(shù)脂(樹(shù)脂層11和阻焊劑 14、15)，而這有助于確保頂板5的絕緣性。這有助于防止在頂板5脫落而與主板形成接觸 時(shí)發(fā)生電氣短路。此外，設(shè)置在頂板5中的金屬層12、13幫助確保頂板5的剛度。這里，樹(shù)脂層11由耐熱性足以耐受回流焊接工藝中的熱量的非導(dǎo)電有機(jī)材料形 成。具體地說(shuō)，由于回流焊接工藝中的峰值溫度接近240-250°C，因此樹(shù)脂層11至少需 要由具有充分耐熱性以忍受高溫的材料制成，本實(shí)施例中的樹(shù)脂層11由將近0. 1mm厚的 玻璃環(huán)氧樹(shù)脂材料構(gòu)成。玻璃環(huán)氧樹(shù)脂材料的熱膨脹系數(shù)在低于玻璃相變點(diǎn)的溫度下為 10X10-6-20Xl(T6/°C，而在高于玻璃相變點(diǎn)(140-180°C)下，可假定玻璃環(huán)氧樹(shù)脂材料的 熱膨脹系數(shù)比在玻璃相變點(diǎn)之下的溫度下的熱膨脹系數(shù)大出一個(gè)數(shù)量級(jí)。因此，通過(guò)上述 材料形成樹(shù)脂層11使其當(dāng)然有能夠?qū)崿F(xiàn)可通過(guò)回流焊接安裝在主板上的半導(dǎo)體模塊。金屬層12和13由相同金屬材料形成并具有相同的厚度；在本實(shí)施例中，它們均由比樹(shù)脂層11更薄的銅箔(例如幾十微米厚度)形成。銅箔具有16.5X10_6/°C (20°C ) 的熱膨脹系數(shù)。順便說(shuō)一下，在與回流熔爐中的溫度相對(duì)應(yīng)的溫度下，銅箔的熱膨脹系數(shù)為 18. 3X 10_7°C (227°C )，這與20°C溫度下的熱膨脹系數(shù)相差不多。由于由相同材料形成并具有相同厚度的金屬層12、13分別形成在樹(shù)脂層11的前 側(cè)和后側(cè)，在用來(lái)將半導(dǎo)體模塊安裝在主板上的回流焊接工藝中，頂板的前側(cè)和后側(cè)就熱 活動(dòng)方式而言是彼此對(duì)稱的。即，由于樹(shù)脂層11和金屬層12之間的熱膨脹系數(shù)差異而隨 著溫度變化在頂板5中引起的翹曲被由于樹(shù)脂層11和金屬層13之間的熱膨脹系數(shù)差異隨 著溫度變化在頂板5中引起的翹曲抵消。結(jié)果，隨著溫度變化在頂板5中引起的翹曲被消 除。因此，在回流焊接工藝中，可防止通過(guò)粘合劑6粘附于頂板5的電子元件3被下壓至模 塊板1，或相反地由于頂板5的翹曲而上拉。這導(dǎo)致電子元件3相對(duì)模塊板1安裝失敗的可 能性減小。即，即使頂板5包括不同的樹(shù)脂材料和金屬，在回流焊接工藝中也可防止由于熱 膨脹系數(shù)差異在頂板5中造成翹曲。結(jié)果，可減少電子元件3安裝失敗的可能性。注意，金屬層12和13不一定局限于通過(guò)具有相同厚度的相同材料形成。S卩，金屬 層12和13可通過(guò)不同的材料形成。因此，頂板5的前側(cè)和后側(cè)通過(guò)調(diào)整金屬層12、13的 厚度而在熱活動(dòng)方式方面彼此對(duì)稱。在這種情形下，用于頂板5的金屬材料可選自很多種 金屬材料。即，能夠更自由地選擇金屬層12和13的材料組合。綜合上面說(shuō)明，可以得出以下結(jié)論本實(shí)施例的半導(dǎo)體模塊具有分別形成在樹(shù)脂 層11的前側(cè)和后側(cè)的金屬層12、13 ；并且本實(shí)施例的半導(dǎo)體模塊被構(gòu)造成不管金屬層12、 13用相同材料還是不同材料形成，由于樹(shù)脂層11和金屬層12之間的熱膨脹系數(shù)差異而隨 著溫度變化在頂板5中引起的翹曲被由于樹(shù)脂層11和金屬層13之間的熱膨脹系數(shù)差異隨 著溫度變化在頂板5中引起的翹曲抵消。具體地說(shuō)，如果分別形成在樹(shù)脂層11前側(cè)和后側(cè)的金屬層12、13由相同材料制成 并具有相同厚度，則在回流焊接工藝中可從頂板5可靠和容易地消除翹曲。因此，能可靠和 容易地降低回流焊接過(guò)程中發(fā)生的電子元件3安裝失敗的可能性。此外，根據(jù)本實(shí)施例，頂板5通過(guò)粘合劑6在一個(gè)粘合點(diǎn)粘附于其中一個(gè)電子元件 3。因此，即使頂板從粘合點(diǎn)向上翹曲以向模塊內(nèi)側(cè)凸出，由于頂板5不粘附于其它電子元 件3，因此其它電子元件3不會(huì)因頂板5的翹曲而上拉。這有助于可靠地防止其它電子元件 3的安裝失敗。[實(shí)施例2]在下文中，結(jié)合相關(guān)附圖對(duì)本發(fā)明的另一實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。為了便于說(shuō)明，在實(shí)施 例1中可以找到對(duì)應(yīng)物的部件用相同的附圖標(biāo)記表示，并且省去對(duì)其重復(fù)說(shuō)明。圖2A是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體模塊的結(jié)構(gòu)的平面圖，而圖2B是沿圖 2A的剖切線B-B’得到的截面圖。在本實(shí)施例的半導(dǎo)體模塊中，樹(shù)脂層11前側(cè)的金屬層12 被分成多個(gè)金屬部分12a，它們統(tǒng)一排列成規(guī)則圖案。金屬部分12a各自形成為例如直徑 為0.3mm的圓形，并且在彼此垂直的兩個(gè)方向(附圖中的上下和左右方向)上以0.4mm間 距排列。以與剛說(shuō)明過(guò)的金屬層12相同的方式，樹(shù)脂層11后側(cè)的金屬層13也被分成多個(gè) 金屬部分13a，它們統(tǒng)一地排列成規(guī)則圖案。金屬部分13a各自形成為例如直徑為0. 3mm的 圓形，并且在彼此垂直的兩個(gè)方向(附圖中的上下和左右方向)上以0.4mm間距排列。然而，各個(gè)金屬部分13a與各個(gè)金屬部分12a錯(cuò)開(kāi)。更具體地說(shuō)，各個(gè)金屬部分13a在附圖中 的上下和左右方向上相對(duì)于各個(gè)相鄰的金屬部分12a錯(cuò)開(kāi)大約半個(gè)間距(例如0. 2mm)。在該結(jié)構(gòu)中，如同本實(shí)施例，金屬層12和13分別由多個(gè)金屬部分12a、13a形成， 這些金屬部分排列成規(guī)則圖案，金屬層12、13所占總面積減小至例如一半，且樹(shù)脂層11與 各金屬層12、13之間的熱膨脹(熱應(yīng)力)差異相比金屬層12、13相對(duì)樹(shù)脂層11形成為一 個(gè)單層的實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)而言相應(yīng)地減小。然而，即便在這種結(jié)構(gòu)中，由于樹(shù)脂層11和金 屬層12之間的熱膨脹系數(shù)差異而隨著溫度變化在頂板5中引起的翹曲也能被通過(guò)樹(shù)脂層 11和金屬層13之間的熱膨脹系數(shù)差異隨著溫度變化在頂板5中引起的翹曲抵消，并因此有 可能消除隨著溫度變化在頂板5中引起的翹曲。因此，通過(guò)這種結(jié)構(gòu)，上面提到的效果可較 為有利地通過(guò)減小金屬層12、13的總面積而取得。此外，在本實(shí)施例中，由于金屬部分12a、13a以相同間距排列在分別形成于樹(shù)脂 層11前側(cè)和后側(cè)的金屬層12和13中，因此防止源自金屬部分12a、13a(金屬層12和13) 的頂板5的翹曲的效果可均勻地施加于整個(gè)頂板5。另外，在本實(shí)施例中，金屬層12和13被設(shè)置成使各個(gè)金屬部分12a在彼此垂直的 兩個(gè)排列方向(即附圖中的上下和左右方向)上與各個(gè)相鄰的金屬部分13a錯(cuò)開(kāi)。因此， 如圖2A所示，各個(gè)金屬部分13a可位于金屬層13與金屬層12被四個(gè)金屬部分12a所包圍 的位置相對(duì)應(yīng)的位置。同樣，各個(gè)金屬部分12a可位于金屬層12與金屬層13被四個(gè)金屬 部分13a所包圍的位置相對(duì)應(yīng)的位置。這導(dǎo)致樹(shù)脂層11具有要么存在于其每個(gè)部分的前 側(cè)要么其每個(gè)部分的后側(cè)的金屬部分的狀態(tài)(或接近這種狀態(tài)的狀態(tài))，并且這有利于在 全部頂板5上確保均勻的剛度。另外，金屬部分12a、13a以規(guī)則圖案均勻地設(shè)置在樹(shù)脂層11的前側(cè)和后側(cè)，以使 樹(shù)脂層的分別由金屬部分12a、13a占據(jù)的前側(cè)和后側(cè)的面積之和相等。這種結(jié)構(gòu)，其中樹(shù) 脂層11由金屬部分12a占據(jù)的前側(cè)的面積量等于樹(shù)脂層11由金屬部分13a占據(jù)的后側(cè)的 面積量，使樹(shù)脂層11和金屬層12之間隨著溫度變化的熱膨脹差異等于樹(shù)脂層11和金屬層 13之間隨著溫度變化的熱膨脹差異。這有助于確實(shí)消除頂板5隨著溫度變化的翹曲。此外，在本實(shí)施例中，圓形的金屬部分13a彼此獨(dú)立地設(shè)置在樹(shù)脂層11的后側(cè)，即 電子元件3所粘附于的那一側(cè)，以使金屬部分13存在于樹(shù)脂層11后側(cè)的一些部分但不存 在于其它部分。結(jié)果，如圖2B所示，形成在樹(shù)脂層11上以覆蓋金屬部分13a的阻焊劑15 具有不平整表面，該表面具有交替出現(xiàn)的凸部和凹部。這意味著頂板5與粘合劑6接觸的 表面是具有交替出現(xiàn)的凸部和凹部的不平整表面。這有助于使頂板5與粘合劑6相比實(shí)施 例1中頂板5和粘合劑6之間的接觸表面為平滑(或平整)表面的情形在更寬區(qū)域上彼此 接觸。因此可提高粘合強(qiáng)度。如此增加的粘合強(qiáng)度允許頂板5粘附在位于模塊外緣的電子 元件3，而不是粘附在位于模塊中央的電子元件3，并且這導(dǎo)致有很多方法可用來(lái)粘附頂板 5。在本實(shí)施例中，金屬部分12a、13a是圓形的，但它們也可具有諸如正方形的另一 形狀。另外，金屬部分12a、13a的尺寸及其排列間距并不局限于上面提到的那些值。[實(shí)施例3]在下文中，參見(jiàn)相關(guān)附圖對(duì)本發(fā)明的又一實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。為了便于說(shuō)明，在實(shí)施 例1、2中可以找到對(duì)應(yīng)物的部件用同一附圖標(biāo)記表示，并且省去對(duì)其重復(fù)說(shuō)明。
圖3A是示意性地示出根據(jù)本實(shí)施例的半導(dǎo)體模塊的結(jié)構(gòu)的平面圖，而圖3B是沿 圖3A的剖切線C-C’得到的截面圖。本實(shí)施例的半導(dǎo)體模塊與實(shí)施例2的不同之處在于 樹(shù)脂層11前側(cè)的金屬層12和形成為覆蓋金屬層12的阻焊劑14在除卻樹(shù)脂層與形成在樹(shù) 脂層11后側(cè)的金屬層部分13 (金屬部分13a)相對(duì)應(yīng)的前側(cè)區(qū)域之處形成。即，在樹(shù)脂層 11的前側(cè)，沒(méi)有金屬層(金屬部分12a)存在于與形成在樹(shù)脂層11后側(cè)的金屬層13部分相 對(duì)應(yīng)的區(qū)域中。另外，在阻焊劑14中形成對(duì)應(yīng)于上述區(qū)域的孔14a。結(jié)果，樹(shù)脂層11前側(cè) 的一部分通過(guò)孔14a露出。在樹(shù)脂層11由如上所述例如玻璃環(huán)氧樹(shù)脂材料的透明或半透明樹(shù)脂構(gòu)成的情形 下，可從前側(cè)透過(guò)孔14a和樹(shù)脂層11看見(jiàn)樹(shù)脂層11后側(cè)的金屬層13部分(金屬部分13a)， 并且該可透視區(qū)域可用作為標(biāo)志區(qū)域的備選。通常，指示模塊的第一引腳的標(biāo)志通過(guò)激光 標(biāo)志等標(biāo)志在頂板上。相比而言，本實(shí)施例中使用透視區(qū)域代替標(biāo)志的結(jié)構(gòu)有助于節(jié)省時(shí) 間和省卻執(zhí)行激光標(biāo)志的麻煩。其結(jié)果是模塊的生產(chǎn)效率得以提高。[實(shí)施例4]在下文中，參見(jiàn)附圖對(duì)本發(fā)明的又一實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。為了便于說(shuō)明，在實(shí)施例1、 2、3中可以找到對(duì)應(yīng)物的部件用同一附圖標(biāo)記表示，并且省去對(duì)其重復(fù)說(shuō)明。圖4A是示意性地示出根據(jù)本實(shí)施例的半導(dǎo)體模塊的結(jié)構(gòu)的平面圖，而圖4B是沿 圖4A的剖切線D-D’得到的截面圖。本實(shí)施例的半導(dǎo)體模塊與實(shí)施例1的半導(dǎo)體模塊的不 同之處在于頂板5具有開(kāi)口 5a。開(kāi)口 5a貫穿或切裁樹(shù)脂層11和阻焊劑14、15的各個(gè)部 分形成。金屬層12、13形成在樹(shù)脂層11的前側(cè)和后側(cè)的除卻樹(shù)脂層11的外緣部分之處。 開(kāi)口 5a可形成為具有封閉周緣的孔，或形成為剪切塊形狀，其一部分外緣是開(kāi)放的，如圖 4A所示。根據(jù)本實(shí)施例，置于模塊板1上的多個(gè)電子元件3中的一部分(例如最高的電子 元件3a)配合于開(kāi)口 5a，開(kāi)口 5a的尺寸和形狀被設(shè)計(jì)成能夠接納多個(gè)電子元件3中的一部 分。因此，通過(guò)使最高的電子元件3a配合于開(kāi)口 5a并使其它電子元件3中的電子元件3b 通過(guò)粘合劑6粘附于頂板5而構(gòu)成半導(dǎo)體模塊。最高的電子元件3a是頂板5側(cè)的上表面 比任何多個(gè)電子元件3中的其它電子元件更遠(yuǎn)離模塊板1的電子元件。因此，在包括高電子元件3a的多個(gè)電子元件3具有不同高度的情形下，可通過(guò)將 高電子元件3a配合在形成于頂板5中的開(kāi)口 5a、并將其它電子元件3中的電子元件3b通 過(guò)粘合劑6粘附于頂板5而使模塊本身的高度變小，盡管是使用了高電子元件3a。因此，即 使用高的電子元件3a也能實(shí)現(xiàn)緊湊模塊。注意，形成在頂板5中的開(kāi)口 5a的數(shù)量不僅限于1個(gè)。例如，在“n”個(gè)電子元件 3被設(shè)置在模塊板1上的情形下，可在頂板5中形成最多達(dá)“n-1”的開(kāi)口 5a，在其中可嵌入 “n-l”個(gè)電子元件3，并且余下的一個(gè)電子元件3可通過(guò)粘合劑6粘附于頂板5。根據(jù)迄今為止記載的諸實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，具有粘附于其上的頂板5的半導(dǎo)體模塊可 獲得下列優(yōu)點(diǎn)⑴可確保頂板5的剛度；⑵當(dāng)執(zhí)行回流焊接時(shí)翹曲不可能在頂板5中產(chǎn) 生；(3)頂板5的熱膨脹不可能不利地影響電子元件3的安裝；以及(4)能維持頂板5的粘 合強(qiáng)度。無(wú)需贅言，可通過(guò)適當(dāng)?shù)亟M合上述實(shí)施例來(lái)形成半導(dǎo)體模塊。例如，半導(dǎo)體模塊可 通過(guò)實(shí)施例4中將開(kāi)口 5a設(shè)置在頂板5的結(jié)構(gòu)和實(shí)施例2、3中金屬層12、13形成在分開(kāi)圖案的結(jié)構(gòu)這兩者的結(jié)合來(lái)形成。此外，本發(fā)明可應(yīng)用于回流焊接至主板的半導(dǎo)體模塊。上面實(shí)施例中描述的本發(fā)明半導(dǎo)體模塊也可表述如下，因此可以說(shuō)提供了下列操 作和效果。根據(jù)本發(fā)明，半導(dǎo)體模塊設(shè)置有面向模塊板配置的頂板，且電子元件置于模塊基 板上并位于頂板和模塊基板之間，并且所述頂板通過(guò)粘合劑粘附于電子元件。半導(dǎo)體模塊 被構(gòu)造成使頂板包括樹(shù)脂層和金屬層，并且還具有絕緣性，以使金屬層包括形成在樹(shù)脂層 前側(cè)的金屬層以及形成在樹(shù)脂層后側(cè)的金屬層，并使由于樹(shù)脂層和形成在樹(shù)脂層前側(cè)的金 屬層之間的熱膨脹系數(shù)差異隨著溫度變化在頂板中引起的翹曲被由于樹(shù)脂層和形成在樹(shù) 脂層后側(cè)的金屬層之間的熱膨脹系數(shù)差異在頂板中弓丨起的翹曲抵消。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，配置成面向模塊板(布線板)的頂板通過(guò)粘合劑粘附于設(shè)置在模 塊板上的電子元件。頂板的絕緣性有助于避免電氣短路，即使當(dāng)頂板脫落并且與其上安裝 半導(dǎo)體模塊的主板(電路板)接觸也是如此。此外，頂板包括樹(shù)脂層和金屬層，這些層由不同材料形成，并且在樹(shù)脂層的前側(cè)和 后側(cè)各自形成一個(gè)金屬層，以使由于樹(shù)脂層和形成在樹(shù)脂層前側(cè)的金屬層(也被稱為第一 金屬層)之間的熱膨脹系數(shù)差異隨著溫度變化在頂板中引起的翹曲被由于樹(shù)脂層和形成 在樹(shù)脂層后側(cè)的金屬層(也被稱為第二金屬層)之間的熱膨脹系數(shù)差異隨著溫度變化在頂 板中引起的翹曲抵消。這使頂板的活動(dòng)方式隨著溫度變化在樹(shù)脂層的前側(cè)和后側(cè)之間對(duì)稱 變化，結(jié)果可在整個(gè)頂板上消除隨著溫度變化在頂板中引起的翹曲。由此，例如在將半導(dǎo)體 安裝在主板時(shí)執(zhí)行的回流焊接工藝中，可防止模塊中通過(guò)粘結(jié)劑粘附于頂板的電子元件被 下壓至模塊板，相反也可防止電子元件由于頂板的翹曲而上拉。這有助于減小電子元件相 對(duì)于模塊板的安裝失敗。在本發(fā)明的半導(dǎo)體模塊中，在樹(shù)脂層的前側(cè)和后側(cè)各形成一個(gè)的金屬層可由相同 材料形成并具有相同厚度。在這種情形下，由于能可靠、容易地從整個(gè)頂板消除隨著溫度變 化在頂板中引起的翹曲，因此也能可靠和容易地降低電子元件安裝失敗的可能性。在本發(fā)明的半導(dǎo)體模塊中，在樹(shù)脂層前側(cè)和后側(cè)中各形成一個(gè)的金屬層可分成多 個(gè)排列成規(guī)則圖案的金屬部分。在這種情形下，相比金屬層各自相對(duì)于樹(shù)脂層形成為整體 單層的情形，樹(shù)脂層和每個(gè)金屬層之間的熱膨脹差異較為有利地減小。即，由本發(fā)明提供的 上述優(yōu)點(diǎn)可用更少數(shù)量的金屬層獲得。在本發(fā)明的半導(dǎo)體模塊中，優(yōu)選使在金屬層中以相等間距排列的金屬部分形成在 樹(shù)脂層的前側(cè)和后側(cè)。在這種情形下，防止源自金屬部分的頂板翹曲的效果可均勻地施加 在整塊頂板上。在本發(fā)明的半導(dǎo)體模塊中，優(yōu)選使樹(shù)脂層前側(cè)的金屬層的各個(gè)金屬部分與樹(shù)脂層 后側(cè)的金屬層的各個(gè)金屬部分在彼此垂直的兩個(gè)排列方向上錯(cuò)開(kāi)。通過(guò)這種結(jié)構(gòu)，例如對(duì) 于由四個(gè)金屬部分圍住的一個(gè)金屬層(第一金屬層)中的位置，金屬部分形成在另一金屬 層(第二金屬層)中的相應(yīng)位置。這有助于確保整塊頂板上均勻的剛度。在本發(fā)明的半導(dǎo)體模塊中，優(yōu)選使樹(shù)脂層前側(cè)的金屬部分所占據(jù)的面積之和等于 樹(shù)脂層后側(cè)的金屬部分所占據(jù)的面積之和。在這種情形中，由于令隨著溫度變化的樹(shù)脂層 和第一金屬層之間以及樹(shù)脂層和第二金屬層之間的熱膨脹差異相等，因此可靠地消除了隨著溫度變化在頂板中引起的翹曲。在本發(fā)明的半導(dǎo)體模塊中，樹(shù)脂層可由自透明或半透明樹(shù)脂形成，頂板可進(jìn)一步 包括形成在樹(shù)脂層上的絕緣層以覆蓋金屬層，并可在除卻與樹(shù)脂層后側(cè)的金屬層部分相對(duì) 應(yīng)的樹(shù)脂層前側(cè)區(qū)域之處形成位于樹(shù)脂層前側(cè)的金屬層以及覆蓋金屬層的絕緣層。通過(guò)這種結(jié)構(gòu)，樹(shù)脂層后側(cè)的金屬層部分(金屬部分)可透過(guò)透明或半透明的樹(shù) 脂層從前側(cè)看到，并且可使用該透視區(qū)來(lái)代替標(biāo)志。這有助于節(jié)省執(zhí)行激光標(biāo)志的時(shí)間和 麻煩，并由此可提高模塊的生產(chǎn)效率。此外，在樹(shù)脂層上覆蓋金屬層的絕緣層的提供有助于 確保頂板的絕緣性。在本發(fā)明的半導(dǎo)體模塊中，優(yōu)選使頂板通過(guò)粘合劑粘附于設(shè)置在模塊板上的電子 元件之一。通過(guò)這種結(jié)構(gòu)，由于頂板在一個(gè)粘合點(diǎn)粘附于一個(gè)電子元件，即使當(dāng)頂板由于某 些原因以該粘合點(diǎn)為起點(diǎn)翹曲，其它電子元件也不會(huì)因頂板的翹曲而上拉。因此，能可靠地 防止電子元件的安裝失敗。在本發(fā)明的半導(dǎo)體模塊中，優(yōu)選使頂板與粘合劑接觸的表面為非光滑表面，其具 有交替出現(xiàn)的凸部和凹部。這有助于使頂板和粘合劑相比頂板和粘合劑之間的接觸表面為 光滑(或平整)表面的情形在更寬區(qū)域上彼此接觸。結(jié)果，粘合劑強(qiáng)度得以提高。由此增 加的粘合強(qiáng)度允許頂板粘附于設(shè)置在模塊外緣的電子元件、而不是設(shè)置在模塊中央的電子 元件，并且這導(dǎo)致粘附頂板的方法的更大自由度。在本發(fā)明的半導(dǎo)體模塊中，頂板可具有至少一個(gè)開(kāi)口，其中配合有設(shè)置在模塊板 上的多個(gè)電子元件之一。在多個(gè)電子元件具有不同高度的情形下，模塊本身的高度可設(shè)計(jì) 成較小，就算使用高電子元件，也可通過(guò)將高電子元件配合于形成在頂板中的開(kāi)口并使其 它電子元件通過(guò)粘合劑粘附于頂板來(lái)解決。結(jié)果，即便使用高電子元件也能實(shí)現(xiàn)緊湊模塊。在本發(fā)明的半導(dǎo)體模塊中，優(yōu)選使頂板的樹(shù)脂層由具有足以耐受來(lái)自回流焊接工 藝的熱量的耐熱性的有機(jī)材料構(gòu)成。在這種情形下，能確實(shí)實(shí)現(xiàn)通過(guò)回流焊接安裝在主板 上的半導(dǎo)體模塊。從前面的說(shuō)明可以很明顯地看出，可以多種形式對(duì)本發(fā)明作出修改或變化。因此， 應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明可在所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)而不局限于具體的說(shuō)明。
權(quán)利要求
一種半導(dǎo)體模塊，其設(shè)置有模塊板；置于所述模塊板上的電子元件；以及頂板，所述頂板設(shè)置成面向所述模塊板且所述電子元件位于所述頂板和所述模塊板之間，并通過(guò)粘合劑粘附于所述電子元件；并且其特征在于，所述頂板包括樹(shù)脂層和金屬層，并且還具有絕緣性，所述金屬層包括形成在所述樹(shù)脂層前側(cè)的金屬層以及形成在所述樹(shù)脂層后側(cè)的金屬層，以及由于所述樹(shù)脂層和形成在所述樹(shù)脂層前側(cè)的金屬層之間的熱膨脹系數(shù)差異隨著溫度變化在頂板中引起的翹曲被由于所述樹(shù)脂層和形成在所述樹(shù)脂層后側(cè)的金屬層之間的熱膨脹系數(shù)差異隨著溫度變化在頂板中引起的翹曲抵消。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體模塊，其特征在于，位于所述樹(shù)脂層前側(cè)的所述金屬層和位于所述樹(shù)脂層后側(cè)的金屬層由相同材料形成 并具有相同厚度。
3.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體模塊，其特征在于，在所述樹(shù)脂層前側(cè)的金屬層和在所述樹(shù)脂層后側(cè)的金屬層各自被分成排列成規(guī)則圖 案的多個(gè)金屬部分。
4.如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體模塊，其特征在于，在所述樹(shù)脂層前側(cè)的金屬層的金屬部分和在所述樹(shù)脂層后側(cè)的金屬層的金屬部分以 相等間距排列。
5.如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體模塊，其特征在于，所述樹(shù)脂層前側(cè)的金屬層的每個(gè)金屬部分與所述樹(shù)脂層后側(cè)的金屬層的每個(gè)金屬部 分在彼此垂直的兩個(gè)排列方向上錯(cuò)開(kāi)。
6.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體模塊，其特征在于，所述樹(shù)脂層前側(cè)的金屬部分所占據(jù) 的面積之和等于所述樹(shù)脂層后側(cè)的金屬部分所占據(jù)的面積之和。
7.如權(quán)利要求3-6中的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體模塊，其特征在于，所述樹(shù)脂層由透明或半透明樹(shù)脂形成，所述頂板還包括形成在所述樹(shù)脂層上以覆蓋形成在所述樹(shù)脂層前側(cè)的金屬部分的絕 緣層，以及形成在所述樹(shù)脂層上以覆蓋形成在所述樹(shù)脂層后側(cè)的金屬部分的絕緣層；并且所述樹(shù)脂層前側(cè)的金屬層和覆蓋所述金屬層的絕緣層形成在除卻與位于所述樹(shù)脂層 后側(cè)的金屬層部分對(duì)應(yīng)的樹(shù)脂層前側(cè)區(qū)域之處。
8.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體模塊，其特征在于，所述頂板通過(guò)粘合劑粘附于形成為所述電子元件并位于所述模塊板上的多個(gè)電子元 件中的一個(gè)。
9.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體模塊，其特征在于，所述頂板與粘合劑接觸的表面是不均勻的表面。
10.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體模塊，其特征在于，所述頂板具有至少一個(gè)開(kāi)口，其中 配合形成為電子元件并位于所述模塊板上的多個(gè)電子元件中的一個(gè)。
11.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體模塊，其特征在于，所述頂板的樹(shù)脂層由耐熱性足以耐受來(lái)自回流焊接工藝的熱量的有機(jī)材料構(gòu)成。
全文摘要
設(shè)置成面向模塊板并在其與模塊板之間有電子元件頂板包括樹(shù)脂層和金屬層并具有絕緣性。金屬層包括形成在樹(shù)脂層前側(cè)的金屬層以及形成在樹(shù)脂層后側(cè)的金屬層。通過(guò)這種結(jié)構(gòu)，在將半導(dǎo)體模塊安裝于主板時(shí)執(zhí)行的回流焊接中，由于樹(shù)脂層和形成在樹(shù)脂層前側(cè)的金屬層之間的熱膨脹系數(shù)差異隨著溫度變化在頂板中引起的翹曲被由于樹(shù)脂層和形成在樹(shù)脂層后側(cè)的金屬層之間的熱膨脹系數(shù)差異隨著溫度變化在頂板中引起的翹曲抵消，籍此消除頂板的翹曲。這有助于防止通過(guò)粘合劑粘附于頂板的電子元件因頂板的翹曲而被下壓或從模塊板上拉起。
文檔編號(hào)H01L25/00GK101800217SQ201010119640
公開(kāi)日2010年8月11日 申請(qǐng)日期2010年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月10日
發(fā)明者出口明輝, 天野義久, 村上雅敬, 櫛野正彥 申請(qǐng)人:夏普株式會(huì)社