JP2011129691A - Semiconductor module and semiconductor device including the same - Google Patents
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Abstract
【課題】半導体モジュールからの不要輻射を低減し、かつ半導体モジュールの冷却性を向上させる。
【解決手段】
半導体モジュール(10)は、グランド配線層(22)を含む母基板(21)上に設けられ、グランド配線層(22)と電気的に接続した導体(25)が表面に設けられているコネクタ(24)に、着脱可能に構成されている。半導体モジュール(10)は、半導体素子(12)が実装されたモジュール基板(11)と、半導体素子(12)の、モジュール基板(11)とは反対側に向いた一面に取り付けられたヒートスプレッダ(14)と、を有する。半導体モジュール(10)がコネクタ(24)に取り付けられたときに、ヒートスプレッダ(14)はコネクタ(24)の表面(24a)に設けられた導体(25)に接触するように構成されている。
【選択図】図1Unnecessary radiation from a semiconductor module is reduced and the cooling performance of the semiconductor module is improved.
[Solution]
The semiconductor module (10) is provided on a mother board (21) including a ground wiring layer (22), and a connector (25) provided on the surface with a conductor (25) electrically connected to the ground wiring layer (22). 24) is configured to be detachable. The semiconductor module (10) includes a module substrate (11) on which the semiconductor element (12) is mounted, and a heat spreader (14) attached to one surface of the semiconductor element (12) facing away from the module substrate (11). And). When the semiconductor module (10) is attached to the connector (24), the heat spreader (14) is configured to contact the conductor (25) provided on the surface (24a) of the connector (24).
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、母基板に設置されたコネクタに着脱可能に構成された半導体モジュールおよびその半導体モジュールを備えた半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor module configured to be detachable from a connector installed on a mother board and a semiconductor device including the semiconductor module.
例えばDRAMのような半導体素子を備えた半導体装置として、1つもしくは複数の半導体素子を搭載したモジュール基板と、当該モジュール基板の端部が挿入されるコネクタが配設された母基板と、を備えたものがある(特許文献1および特許文献2参照。)。 For example, a semiconductor device including a semiconductor element such as a DRAM includes a module board on which one or more semiconductor elements are mounted, and a mother board on which a connector into which an end of the module board is inserted is disposed. (See Patent Document 1 and Patent Document 2).
特許文献1には、半導体素子としてのメモリ素子が配設されたモジュール基板と、該モジュール基板を搭載する実装基板(母基板)とを備えた半導体装置が開示されている(特許文献1の図3参照。)。モジュール基板の両面の一端部には複数の端子が配列されており、該複数の端子が全体としてプラグを構成している。実装基板には、モジュール基板の複数の端子に対応した端子対を有するソケット(コネクタ)が設けられている。モジュール基板がソケットに挿入されることで、モジュール基板に配設されたメモリ素子と実装基板とが電気的に接続される。 Patent Document 1 discloses a semiconductor device including a module substrate on which memory elements as semiconductor elements are arranged, and a mounting substrate (mother substrate) on which the module substrate is mounted (see FIG. 1 of Patent Document 1). 3). A plurality of terminals are arranged on one end of both sides of the module substrate, and the plurality of terminals constitute a plug as a whole. The mounting board is provided with a socket (connector) having a pair of terminals corresponding to a plurality of terminals of the module board. By inserting the module substrate into the socket, the memory element disposed on the module substrate and the mounting substrate are electrically connected.
特許文献2には、回路基板(モジュール基板)の両面に半導体素子が実装されており、これらの半導体素子に接して放熱板が設けられた電子装置(半導体装置)が開示されている。回路基板の両端部は、母基板に設けられた一対のコネクタに取り付けられる。また、引用文献2では、放熱板が、回路基板の表面に露出したグランド層に電気的に接続されていても良いことが記載されている。 Patent Document 2 discloses an electronic device (semiconductor device) in which semiconductor elements are mounted on both sides of a circuit board (module board), and a heat sink is provided in contact with these semiconductor elements. Both ends of the circuit board are attached to a pair of connectors provided on the mother board. Moreover, in the cited document 2, it is described that the heat sink may be electrically connected to the ground layer exposed on the surface of the circuit board.
また、特許文献3には、電磁波の漏洩を防止するため、絶縁体で形成されたハウジングの表面に導体を備え、当該導体が電気回路の基準電位に短絡されているコネクタが開示されている。 Patent Document 3 discloses a connector in which a conductor is provided on the surface of a housing formed of an insulator to prevent leakage of electromagnetic waves, and the conductor is short-circuited to a reference potential of an electric circuit.
例えばメモリ素子などを備えた半導体装置では、動作周波数に応じて不要な電磁波を発し(不要輻射:radiated emission)、周辺の電子部品に対して電磁障害(EMI)を引き起こすことがある。 For example, a semiconductor device including a memory element emits unnecessary electromagnetic waves (radiated emission) depending on the operating frequency, and may cause electromagnetic interference (EMI) to peripheral electronic components.
特許文献1に記載の半導体装置では、モジュール基板に設けられたメモリ素子が露出しているため、メモリ素子から発せられる不要輻射の強度を低減することができないという問題がある。 In the semiconductor device described in Patent Literature 1, since the memory element provided on the module substrate is exposed, there is a problem in that the intensity of unnecessary radiation emitted from the memory element cannot be reduced.
特許文献2に記載されているように、半導体素子に接して放熱板が取り付けられたとしても、放熱板が絶縁されている(フローティング)場合には、放熱板の大きさや形状に応じた動作周波数で、半導体素子から発せられる電磁波が共振することがある。このとき、半導体素子から発せられる不要輻射の強度が増大するという問題が生じる。特許文献2では、このような不要輻射の問題は一切記載されていない。 Even if the heat sink is attached in contact with the semiconductor element as described in Patent Document 2, when the heat sink is insulated (floating), the operating frequency according to the size and shape of the heat sink Thus, electromagnetic waves emitted from the semiconductor element may resonate. At this time, there arises a problem that the intensity of unnecessary radiation emitted from the semiconductor element increases. In Patent Document 2, such a problem of unnecessary radiation is not described at all.
また、近年では、例えばメモリ素子のような半導体素子が高速で動作されることに伴い、半導体素子を備えた半導体モジュールの発熱量が増大している。半導体モジュールの放熱性を向上させるには、半導体素子に取り付けられる放熱板の厚みや面積などを増大させることが考えられる。しかしながら、半導体モジュールの高さや厚みは、標準規格などによって制限を受ける。そのため、放熱板の形状は任意に設定することができないという問題がある。 In recent years, for example, as a semiconductor element such as a memory element is operated at high speed, the amount of heat generated by a semiconductor module including the semiconductor element has increased. In order to improve the heat dissipation of the semiconductor module, it is conceivable to increase the thickness or area of the heat sink attached to the semiconductor element. However, the height and thickness of the semiconductor module are limited by standards and the like. Therefore, there exists a problem that the shape of a heat sink cannot be set arbitrarily.
また、特許文献3には、電磁波の漏洩を防止するコネクタの構成は開示されているが、当該コネクタに取り付けられるモジュールについては一切記載されていない。そのため、特許文献3に記載のコネクタでは、半導体モジュールから漏れる電磁波の抑制や、半導体モジュールの冷却に関する上記問題は解決されない。 Further, Patent Document 3 discloses a configuration of a connector for preventing leakage of electromagnetic waves, but does not describe any module attached to the connector. Therefore, the connector described in Patent Document 3 does not solve the above-described problems related to suppression of electromagnetic waves leaking from the semiconductor module and cooling of the semiconductor module.
一実施形態における半導体モジュールは、グランド配線層を含む母基板上に設けられ、グランド配線層と電気的に接続した導体が表面に設けられているコネクタに、着脱可能に構成されている。半導体モジュールは、半導体素子が実装されたモジュール基板と、半導体素子の、モジュール基板とは反対側に向いた一面に取り付けられたヒートスプレッダと、を有する。半導体モジュールがコネクタに取り付けられたときに、ヒートスプレッダはコネクタの表面に設けられた導体に接触するように構成されている。 The semiconductor module in one embodiment is provided on a mother board including a ground wiring layer, and is configured to be detachable from a connector provided with a conductor electrically connected to the ground wiring layer on the surface. The semiconductor module includes a module substrate on which a semiconductor element is mounted, and a heat spreader attached to one surface of the semiconductor element facing away from the module substrate. When the semiconductor module is attached to the connector, the heat spreader is configured to contact a conductor provided on the surface of the connector.
また、一実施形態における半導体装置は、グランド配線層を含む母基板と、母基板上に設置されたコネクタと、グランド配線層と電気的に接続され、コネクタの表面に設けられた導体と、上記の半導体モジュールと、を備えている。 Further, a semiconductor device according to an embodiment includes a mother board including a ground wiring layer, a connector installed on the mother board, a conductor electrically connected to the ground wiring layer and provided on the surface of the connector, And a semiconductor module.
上記構成によれば、モジュール基板がコネクタに差し込まれたとき、ヒートスプレッダが、コネクタの表面の導体と接触する。このようにして、半導体素子およびコネクタがグランド電位に維持されたヒートスプレッダと導体とで一体的に覆われる。 According to the said structure, when a module board | substrate is inserted in a connector, a heat spreader contacts with the conductor of the surface of a connector. In this way, the semiconductor element and the connector are integrally covered with the heat spreader and the conductor maintained at the ground potential.
本発明によれば、半導体モジュールからの不要輻射を低減し、かつ半導体モジュールの冷却性を向上させることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the unnecessary radiation from a semiconductor module can be reduced and the cooling property of a semiconductor module can be improved.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、第1の実施形態に係る半導体装置を示す概略断面図である。半導体装置は、半導体モジュール10と、母基板21と、を備えている。なお、図1では、半導体モジュール10が母基板21に取り付けられた状態が示されており、半導体モジュール10のモジュール基板11の板面に垂直かつ母基板21の板面に垂直な面に沿った断面が示されている。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the semiconductor device according to the first embodiment. The semiconductor device includes a semiconductor module 10 and a mother board 21. FIG. 1 shows a state in which the semiconductor module 10 is attached to the mother board 21, and is along a plane perpendicular to the plate surface of the module board 11 of the semiconductor module 10 and perpendicular to the board surface of the mother board 21. A cross section is shown.
母基板21は、絶縁層23、グランド配線層22および信号配線層(不図示)などが積層されてなる。母基板21の構成は、どのようなものであっても良く、任意の電子部品(不図示)が実装されていて良い。 The mother board 21 is formed by laminating an insulating layer 23, a ground wiring layer 22, a signal wiring layer (not shown), and the like. The mother board 21 may have any configuration, and an arbitrary electronic component (not shown) may be mounted.
母基板21には、半導体モジュール10が着脱可能な電気的なコネクタ24が設けられている。コネクタ24は、母基板21の、グランド配線層22や信号配線層などの配線層と電気的に接続した電極端子26を有している。
The mother board 21 is provided with an electrical connector 24 to which the semiconductor module 10 can be attached and detached. The connector 24 has an
本実施形態では、コネクタ24は、母基板21上から突出しており、コネクタ24の表面24aが導体25で覆われている。導体25は母基板21のグランド配線層22と電気的に接続されており、これにより導体25は接地されている。
In the present embodiment, the connector 24 protrudes from the mother board 21, and the
半導体モジュール10は、モジュール基板11と、半導体素子12と、ヒートスプレッダ14とを備えている。半導体素子12としては、例えばDRAMのようなメモリ素子を用いることができるが、これに限定されるものではない。また、モジュール基板11には、コンデンサやロジックICなどの電子素子15が搭載されていて良い。半導体素子12は、モジュール基板11に実装されている。
The semiconductor module 10 includes a module substrate 11, a
半導体素子12は、図1に示すように、バンプ電極13によってモジュール基板11に実装されていてもよく、ワイヤボンディングよってモジュール基板11に実装されていてもよい。
As shown in FIG. 1, the
モジュール基板11の一端部11aには電極端子16が設けられており、このモジュール基板の一端部11aは母基板21のコネクタ24に着脱可能になっている。モジュール基板の一端部11aがコネクタ24に差し込まれたとき、モジュール基板の電極端子16が、コネクタの電極端子26と接触し、半導体素子12と母基板21上に実装される他の電子部品(不図示)とが電気的に接続される。
An
ヒートスプレッダ14は、半導体素子12の、モジュール基板11とは反対側の一面に取り付けられている。ヒートスプレッダ14は、熱伝導率および電気伝導率が高い導体(金属)からなることが好ましい。ヒートスプレッダ14は、半導体素子12上から、モジュール基板11の、電極端子が設けられた一端部11aの方に延びている。このモジュール基板の一端部11aがコネクタ24に差し込まれたとき、ヒートスプレッダ14は、コネクタの表面24aに形成されている導体25と接触する。具体的な一例として、図1に示すように、導体25は、コネクタ24に対するモジュール基板11の挿入方向に沿った側壁面に設けられていることが好ましい。
The
上記のように、ヒートスプレッダ14は、コネクタの表面24aに形成された導体25を介して、母基板21のグランド配線層22に電気的に接続される。つまり、半導体素子12およびコネクタ24がグランド電位に維持された導体(ヒートスプレッダ14および導体25)で一体的に覆われる。そのため、半導体素子12およびコネクタ24からの不要輻射を抑制する効果が向上する。
As described above, the
また、半導体モジュール10で発生した熱は、ヒートスプレッダ14に伝導する。この熱の一部は、ヒートスプレッダ14から空気中に放射され、この熱の別の一部は、ヒートスプレッダ14からコネクタの表面24aの導体25を介して母基板21のグランド配線層22に伝導する。このようにして、ヒートスプレッダ14に伝わった熱は、速やかに放熱される。
Further, heat generated in the semiconductor module 10 is conducted to the
さらに、ヒートスプレッダ14は、モジュール基板11の一端部11aに向けて延びているため、ヒートスプレッダ14の容積が増し、ヒートスプレッダ14の冷却性能が向上するという利点もある。
Further, since the
上述したように、本実施形態では、ヒートスプレッダ14は、モジュール基板11の高さ(母基板21からの高さ)を大きく超えた高さを有する必要がなく、厚みを増大させる必要も無い。したがって、半導体装置は、そのサイズがほとんど増大せず、標準規格に準拠した構成とすることができる。
As described above, in the present embodiment, the
半導体素子12は、モジュール基板11の両面に実装されていることが好ましい。モジュール基板11の片面に実装される半導体素子12は、1つであっても複数であっても良い。半導体素子12がモジュール基板11の両面に実装されている場合、それぞれの半導体素子上にヒートスプレッダ14が設けられていることが好ましい。そして、両ヒートスプレッダ14は、半導体モジュール10がコネクタ24に取り付けられたときに、コネクタの表面24aに設けられた導体25に接触するように構成されることが好ましい。
The
上記実施形態では、コネクタ24が設けられた母基板24と半導体モジュール10とを有する半導体装置について説明したが、本発明は、上記実施形態で説明したコネクタに着脱可能に構成された上記半導体モジュール単体にも適用される。 In the above-described embodiment, the semiconductor device having the mother board 24 provided with the connector 24 and the semiconductor module 10 has been described. However, the present invention is a single semiconductor module configured to be detachable from the connector described in the above-described embodiment. Also applies.
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更および修正が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれるものであることはいうまでもない。すなわち、本発明は、請求の範囲を含む全ての記載および技術的思想に基づいて、当業者であればなし得るであろう各種の変形および修正を含むことは勿論である。 The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various changes and modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. It goes without saying that it is included in the range of. That is, the present invention of course includes various variations and modifications that could be made by those skilled in the art based on all the descriptions and technical ideas including the claims.
10 半導体モジュール
11 モジュール基板
11a モジュール基板の一端部
12 半導体素子
13 バンプ電極
14 ヒートスプレッダ
15 電子素子
16 モジュール基板の電極端子
21 母基板
22 グランド配線層
23 絶縁層
24 コネクタ
24a コネクタの表面
25 導体
26 コネクタの電極端子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Semiconductor module 11 Module board |
Claims (7)
半導体素子が実装されたモジュール基板と、
前記半導体素子の、前記モジュール基板とは反対側に向いた一面に取り付けられたヒートスプレッダと、を有し、
前記半導体モジュールが前記コネクタに取り付けられたときに、前記ヒートスプレッダが前記コネクタの前記表面に設けられた前記導体に接触するように構成されている、半導体モジュール。 A semiconductor module provided on a mother board including a ground wiring layer and configured to be detachable to a connector provided on a surface of a conductor electrically connected to the ground wiring layer,
A module substrate on which a semiconductor element is mounted;
A heat spreader attached to one surface of the semiconductor element facing away from the module substrate;
A semiconductor module configured such that when the semiconductor module is attached to the connector, the heat spreader contacts the conductor provided on the surface of the connector.
前記モジュール基板の前記一端部が前記コネクタに挿入されるようになっている、請求項1に記載の半導体モジュール。 An electrode terminal is formed at one end of the module substrate,
The semiconductor module according to claim 1, wherein the one end portion of the module substrate is inserted into the connector.
一方の面に第1の半導体素子が実装され、他方の面に第2の半導体素子が実装されたモジュール基板と、
前記第1の半導体素子の、前記モジュール基板とは反対側に向いた一面に取り付けられた第1のヒートスプレッダと、
前記第2の半導体素子の、前記モジュール基板とは反対側に向いた一面に取り付けられた第2のヒートスプレッダと、を有し、
前記半導体モジュールが前記コネクタに取り付けられたときに、前記第1のヒートスプレッダと前記第2のヒートスプレッダとが前記コネクタの前記表面に設けられた前記導体に接触するように構成されている、半導体モジュール。 A semiconductor module provided on a mother board including a ground wiring layer and configured to be detachable to a connector provided on a surface of a conductor electrically connected to the ground wiring layer,
A module substrate having a first semiconductor element mounted on one surface and a second semiconductor element mounted on the other surface;
A first heat spreader attached to one surface of the first semiconductor element facing away from the module substrate;
A second heat spreader attached to one surface of the second semiconductor element facing away from the module substrate;
A semiconductor module configured such that when the semiconductor module is attached to the connector, the first heat spreader and the second heat spreader are in contact with the conductor provided on the surface of the connector.
前記母基板上に設置されたコネクタと、
前記グランド配線層と電気的に接続され、前記コネクタの表面に設けられた導体と、
前記コネクタに着脱可能に構成された半導体モジュールと、を備え、
前記半導体モジュールは、半導体素子が実装されたモジュール基板と、該半導体素子の、前記モジュール基板とは反対側に向いた一面に取り付けられたヒートスプレッダと、を有し、
前記半導体モジュールが前記コネクタに取り付けられたときに、前記ヒートスプレッダが前記コネクタの前記表面に設けられた前記導体に接触するように構成されている、半導体装置。 A mother board including a ground wiring layer;
A connector installed on the mother board;
A conductor electrically connected to the ground wiring layer and provided on the surface of the connector;
A semiconductor module configured to be detachable from the connector;
The semiconductor module has a module substrate on which a semiconductor element is mounted, and a heat spreader attached to one surface of the semiconductor element facing away from the module substrate,
A semiconductor device configured such that when the semiconductor module is attached to the connector, the heat spreader contacts the conductor provided on the surface of the connector.
前記モジュール基板の前記一端部が前記コネクタに挿入されるようになっている、請求項5に記載の半導体装置。 An electrode terminal is formed at one end of the module substrate,
The semiconductor device according to claim 5, wherein the one end portion of the module substrate is inserted into the connector.
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2009
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