CN103681617A - 半导体装置、通信设备以及半导体封装件 - Google Patents

Abstract

本发明提供半导体装置、通信设备以及半导体封装，其具有简单构成且即使在没有空出半导体芯片的上方的空间情况下也能够装卸通信模块。处理器（2）以及通信设备（1）具备板状的半导体封装基板（20）和安装于半导体封装基板（20）的半导体芯片（22），在半导体封装基板（20）的下表面上形成与母插件板（4）电连接的多个电极（202a），在半导体封装基板（20）的端部形成具有多个端子（210）的连接器部（21），多个端子（210）与从半导体封装基板（20）相平行的方向嵌合的阴连接器（52）的多个弹簧端子（58）电连接。

Description

半导体装置、通信设备以及半导体封装件

技术领域

本发明涉及搭载了用于高性能服务器或高速网络设备等的信号处理的半导体芯片的半导体装置、具备半导体装置和通信模块的通信设备、以及构成半导体装置的半导体封装件。

背景技术

以往，作为搭载有半导体芯片的半导体封装件，存在具备具有将高速信号进行外部配线的光纤的光模块的半导体封装件（例如，参照专利文献1以及2）。

专利文献1以及专利文献2所记载的带光模块的半导体封装件，在其表面侧搭载信号处理LSI，在其背面侧上具备：具有安装板连接用的钎焊焊盘的插件板以及用于对高速信号进行外部配线的光模块。光模块具有对高速信号进行外部配线的光纤、向光纤发送信号或是从光纤接收信号的光元件以及与光元件电连接的连接引脚。

在插件板的表面侧上形成有与连接引脚成对的插孔。当光模块沿与安装板正交的方向嵌合于插件板时，连接引脚与插孔机械地接触。由此，光模块和插件板电连接。即，高速信号能够不经由安装板的电配线而是从插件板经由连接引脚向光模块传送。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2004-253456号公报

专利文献2：日本特开2005-197316号公报

发明内容

专利文献1及专利文献2所记载的设备，由于光模块沿与安装板正交的方向与插件板嵌合，因此在进行该嵌合时有需要空出插件板的上方的空间。但是，在为了半导体芯片的散热而固定于安装板上的散热器覆盖着半导体芯片的上方的情况下，不拆下该散热器就不能装卸光模块。因此，在预先固定了散热器的状态下，存在不能拉回光纤而将光模块嵌合于插件板、产生制约组装次序的情况。另外，在光模块沿与安装板正交的方向与插件板嵌合的构成中，还存在与光模块的连接引脚连接的插孔的构造变得复杂化的课题。

因此，本发明的目的在于提供具有简单构成且即使在没有空出半导体芯片的上方的空间情况下也能够装卸通信模块的半导体装置、通信设备以及半导体封装。

本发明以解决上述课题为目的，提供一种半导体装置，其具备板状的半导体封装基板和安装于上述半导体封装基板的半导体芯片，在上述半导体封装基板的下表面形成与母插件板电连接的多个电极，在上述半导体封装基板的端部形成具有多个端子的连接器部，上述多个端子与从上述半导体封装基板相平行的方向嵌合的相对侧的连接器的多个弹簧端子电连接。

另外，优选为，上述多个端子沿上述连接器部的端面呈一列地排列。

另外，优选为，上述连接器部的上述多个端子承受来自上述相对侧连接器的上述多个弹簧端子的压紧力并与上述多个弹簧端子接触，上述半导体封装基板的上述端部的上述下表面的至少一部分形成为承受相对于上述压紧力的反作用力的承受面。

另外，优选为，上述半导体封装基板具有：形成有连接上述半导体芯片的电极与上述多个端子的配线图案的配线层；以及支撑上述配线层的支撑层。

另外，优选为，上述配线层具有上述半导体芯片侧的第一配线层、及在与上述第一配线层之间夹持上述支撑层的上述母插件板侧的第二配线层，上述连接器部的上述多个端子中至少一部分的端子不经由上述第二配线层而是通过上述配线图案与上述半导体芯片的电极相连接。

另外，提供一种通信设备，其具备具有上述课题解决方法的半导体装置、具有作为上述相对侧连接器的阴连接器的通信模块，上述阴连接器具有在与上述弹簧端子之间夹持上述连接器部并与上述承受面相抵接的凸部。

另外，优选为，上述半导体封装基板通过插槽与上述母插件板相连接，在上述母插件板上安装有框架，该框架决定上述半导体封装基板与上述插槽的嵌合位置并用于将上述半导体封装基板压紧于上述插槽。

另外，优选为，在上述框架形成有与上述通信模块嵌合的嵌合部。

另外，优选为，在上述框架上形成嵌合上述通信模块的嵌合部。

另外，优选为，上述通信模块具备与光纤光学结合的光元件以及与上述光元件电连接的半导体电路元件。

另外，提供一种半导体封装，具备板状的半导体封装基板与安装于上述半导体封装基板的半导体芯片，在上述半导体封装基板的下表面形成与母插件板电连接的多个电极，在上述半导体封装基板的端部形成具有多个端子的连接器部，上述多个端子与从上述半导体封装基板相平行的方向嵌合的相对侧的连接器的多个弹簧端子电连接。

根据本发明的半导体装置、通信设备以及半导体封装，在具有简单的构成的同时，即使在半导体芯片的上方没有空出空间的情况下也能够装卸通信模块。

附图说明

图1是本发明的实施方式的通信设备的俯视图。

图2是表示处理器的连接器部的放大图。

图3是图1中A—A线剖视图。

图4是表示图3的光学模块的放大图。

图5是表示处理器的连接器部的比较例的放大图。

图6是表示了本发明的实施方式的变形例1的通信设备的俯视图。

图7表示变形例1的挠性基板，其中图7（a）是剖视图，图7（b）是俯视放大图。

图8是表示有本发明的实施方式的变形例2的通信设备的俯视图。

图9表示变形例2的二芯同轴线缆，其中图9（a）是剖视图，图9（b）是俯视放大图。

图中：

1—通信设备，2—处理器（半导体装置），3—插槽，3a—电极，4—母插件板，4a—安装面，5—光模块（通信模块），6—散热器，7—挠性基板，7a—信号面，7b—接地面，8—二芯同轴线缆，20—半导体封装基板，20a—安装面，20b—非安装面，20c—端面，21、21A—连接器部，21a—承受面，22—半导体芯片，22a—电极，23—罩构件（密封构件），30—框架，31—螺钉，40—安装孔，41—电极，50—光纤线缆，50a—光纤，51—壳体构件，52—阴连接器（相对侧连接器），53—透镜块，53a—镜面，54—光元件阵列，55—半导体电路元件，56—第一基板，57—第二基板，58—弹簧端子，60—固定构件，70—端子接受部，71—通孔，72—信号线，73—基板支撑部，74—接地线，80—导线，81—护罩，82—印制电路基板，82a—信号面，82b—接地面，83—通孔，84—接地线，85—信号线，90—接地端子，91、92—高速信号端子，200—第一积层（配线层），200a—低速信号配线，200b—高速信号配线（配线图案），201—芯层（支撑层），201a—通孔，202—第二积层（配线层），202a—电极，202b—下表面，210—端子，211、214、217—接地端子，212、213、215、216—高速信号端子，300—嵌合部，520—突起，521—凹部，522—凸部，530—透镜，531—压紧构件。

具体实施方式

图1是本发明的实施方式的通信设备1的俯视图。

（通信设备的构成）

该通信设备1具备作为半导体装置的处理器2、插槽3、母插件板4、作为通信模块的光模块5以及框架30。处理器2具有在端部形成有连接器部21的板状半导体封装基板20和安装于半导体封装基板20的安装面20a的半导体芯片22。在本实施方式中，对处理器2为主要进行通信处理的通信用处理器的情况进行说明。

处理器2通过插槽3与母插件板4电连接。由矩形形状形成的半导体封装基板20形成为在其一端部连接器部21向与母插件板4平行的方向突出。在连接器部21的安装面20a上，呈一列地排列着多个端子210。

半导体封装基板20的外边缘被四角框状的框架30压紧于插槽3。框架30通过设置在四角的螺钉31固定于母插件板4。此外，在框架30的与处理器2的连接器部21对应的部分形成空间，下述的阴连接器52能够通过该空间而以不与框架30碰撞的方式与连接器部21相嵌合。另外，框架30决定半导体封装基板20与插槽3的嵌合位置。

光模块5具有阴连接器52和将安装有下述的光通信用电路器件的基板收纳的壳体构件51。在壳体构件51的上表面侧收纳着供光纤线缆50固定的透镜块53。光纤线缆50相对于母插件板4平行地向与阴连接器52相反的方向引出。

该壳体构件51沿光纤线缆50延伸方向的全长为例如24mm，与该方向正交的厚度方向的尺寸为例如3.6mm。光模块5的纵深方向（与端子210的排列平行的方向）的尺寸为例如23mm。

图2是表示处理器2的连接器部21的放大图。

连接器部21在安装面20a的背面侧的非安装面20b具有下述的承受面21a。多个端子210沿连接器部21的端面20c排列成一列。多个端子210例如图2所示，以接地端子211、高速信号端子212、高速信号端子213、接地端子214、高速信号端子215、高速信号端子216、接地端子217的顺序排列。即，一对高速信号端子212、213被夹在接地端子211、214之间，一对高速信号端子215、216被夹在接地端子214、217之间。

图3是图1中A—A线的剖视图。此外，作为通信设备的构成例，用两点划线表示散热器6。

如图3所示，作为通信设备1的构成例，具备处理器2、光模块5以及吸收从安装于母插件板4的安装面4a的各电路器件产生的热量的散热器6。

（处理器2的构成）

处理器2具有：半导体封装基板20；具有多个电极22a的半导体芯片22；以及作为密封构件的罩构件23，该罩构件23使半导体封装基板20的形成有连接器部21的端部露出并密封半导体芯片22。此外，罩构件23无需完全覆盖半导体芯片22，也有使半导体芯片22的上表面（与半导体封装基板20相对的面的相反一侧的面）露出的情况。在该情况下，提高了半导体芯片22的散热效率。

在这里，所谓的半导体芯片，是在硅基板等半导体基板上通过晶圆加工制作出半导体元件、集成电路（IC：Integrated Circuit）的器件，集成电路被氧化硅等钝化膜覆盖住，集成电路的多个电极通过钝化膜的开口部露出至表面。

半导体封装基板20由作为配线层的第一积层200及第二积层202和作为支撑配线层的支撑层的芯层201形成。半导体芯片22的多个电极22a中的一部分电极22a与形成于第一积层200内部的、作为配线图案的高速信号配线200b相连接，另外一部分的电极22a与形成于第一积层200及第二积层202内部的低速信号配线200a连接。低速信号配线200a传送例如控制信号等信号，高速信号配线200b传送例如借由光纤线缆50的通信中的通信信号等比较高速的信号。

芯层201夹持形成于第一积层200与第二积层202之间。在芯层201，形成有用于通过低速信号配线200a的多个通孔201a。已通过通孔201a的低速信号配线200a与形成于第二积层202的下表面202b的电极202a相连接。

电极202a通过插槽3的电极3a与安装于母插件板4的安装面4a的电极41相连接。即，低速信号从半导体芯片22经由配线于半导体封装基板20内部的低速信号配线200a以及插槽3传送至母插件板4。另外，从其他的电路部件传送至母插件板4的低速信号从母插件板4经由插槽3及配线于半导体封装基板20内部的低速信号配线200a传送至半导体芯片22。

在这里，所谓的母插件板，例如是用于构成电脑等所使用的电子装置的主要的电子电路基板，搭载CPU（Central Processing Unit）以及芯片组、内存槽或扩展槽等。

高速信号配线200b的一端与半导体芯片22的电极22a相连接，另一端与连接器部21的端子210连接。高速信号配线200b仅经由第一积层的200的内部，与半导体芯片22的电极22a和连接器部21的端子210相连接。即，在连接器部21的多个端子210中，至少有一部分的端子210不经由第二积层202而是通过高速信号配线200b与半导体芯片22的电极22a连接。

多个端子210通过连接器部21与阴连接器52的嵌合，与安装于光模块5的下述的第二基板57的弹簧端子58相连接。在这里，所谓的“弹簧端子”，是指通过其弹性对相对侧的端子（端子210）施加压紧力并接触的端子。即，高速信号从半导体芯片22经由高速信号配线200b以及光模块5的弹簧端子58传送至光模块5。另外，光模块5接收的来自其他的电路部件的高速信号从光模块5的第二基板57经由弹簧端子58及高速信号配线200b传送至半导体芯片22。

（光模块5的构成）

至于光模块5，作为光通信用的电路部件具备：排列有多个光元件的一对光元件阵列54；与一对光元件阵列54电连接的一对半导体电路元件55；安装这些光通信用的电路部件的第一基板56；具有分别与多个光元件和光纤线缆50光学结合的透镜530的透镜块53；以及被夹在透镜块53与第一基板56之间的第二基板57，上述部件全部收纳在壳体构件51中。在第二基板57上安装着多个弹簧端子58的一端，弹簧端子58的另一端与连接器部21的端子210电连接。

在光模块5的阴连接器52，形成有沿与处理器2的连接器部21嵌合的嵌合方向延伸的凸部522。阴连接器52从相对于半导体封装基板20平行的方向与连接器部21嵌合，半导体封装基板20的连接器部21插入因凸部522而形成的凹部521。即，连接器部21被夹在阴连接器52的弹簧端子58与凸部522之间。此时，多个端子210受到来自弹簧端子58的压紧力而与弹簧端子58接触。另外，在连接器部21的安装面20a的背面侧的非安装面20b，形成承受针对来自弹簧端子58的压紧力的反作用力的承受面21a，凸部522抵接着承受面21a。

处理器2及插槽3配置为被夹在形成有多个翅片61的散热器6与母插件板4之间。通过设置在散热器6上的固定构件60固定于形成在母插件板4上的安装孔40，散热器6安装至母插件板4。此时，散热器6与处理器2的罩构件23相接触，吸收从半导体芯片22产生的热量。

图4是表示图3的光学模块的放大图。

（光通信的结构）

光元件是将电能量转换为光或是将光转换为电能量的元件。前者作为发光元件，举出例如激光二极管或VCSEL（Vertical Cavity Surface EmmittingLASER）等。另外，后者作为受光元件，举出例如光电二极管。光元件构成为使光向透镜块53出射或入射。

在光元件是将电能量转换为光的元件的情况下，半导体电路元件55是基于从其他的电子电路侧输入的电信号来驱动光元件的驱动IC。另外，在光元件是将接收的光转换为电能量的元件的情况下，半导体电路元件55是将从光元件输入的电信号放大并向其他电子电路侧输出的前置放大器IC。

此外，在本实施方式中，一部分的光元件阵列54是发光元件，另一部分的光元件阵列54是受光元件。因此，对于半导体电路元件55来说也是，一部分的半导体电路元件55是驱动IC，另一部分的半导体电路元件55是前置放大器IC。

形成有透镜块53的多个透镜530与光元件阵列54相对配置。从光元件阵列54的光元件出射的光（光轴L）由透镜530聚光，在透镜块53的镜面53a进行反射并入射至光纤50a的芯内。另外，从光纤50a的芯出射的光（光轴L）在镜面53a进行反射并由透镜530聚光，入射至光元件。此外，光纤50a通过压紧构件531而按压在透镜块53上。

（光模块5的装卸方法）

在这里，对光模块5和处理器2的装卸方法进行说明。在将光模块5安装至半导体封装基板20的连接器部21时，使光模块5的阴连接器52与半导体封装基板20的连接器部21的位置对置，沿与母插件板4平行的、图1的箭头B方向插入。当连接器部21与阴连接器52嵌合时，形成于框架30的嵌合部300与阴连接器52的突起520卡合。即，通过嵌合部300与阴连接器52的突起520卡合，连接器部21与阴连接器52的嵌合变得可靠。在从处理器2拆下光模块5的情况下，将光模块5沿与图1的箭头B相反的方向拔出。

（通信设备1的动作）

接下来，对通信设备1的动作与信号的流动一起进行说明。从搭载于母插件板4的各周边设备作为并行信号输出的低速信号，从母插件板4经由低速信号配线200a输入至半导体芯片22。各低速信号在半导体芯片22内从低速信号转换为高速信号，并经由高速信号配线200b串行传送至光模块5。相反的，从光模块5作为串行信号输出的高速信号经由高速信号配线200b输入至半导体芯片22。该输入的信号在半导体芯片22内从高速信号转换为低速信号，经由低速信号配线200a向周边设备作为并行信号输出。

（实施方式的作用及效果）

根据以上所说明的实施方式，能得到如下的作用及效果。

（1）处理器2的连接器部21以被光模块5的阴连接器52夹住的方式嵌合。因此，光模块5能够沿嵌合方向拔出和插入。即，由于光模块5能够沿与母插件板4相平行的方向装卸，因此在装卸时没有必要将散热器6从母插件板4上拆下，光模块5的更换操作变得容易。

（2）连接器部21的多个端子210通过沿半导体封装基板20的端部排列成一列，从而能够提高用于传送高速信号的端子数的比例。对此，参照图5的比较例进行说明。

图5是表示处理器的连接器部的比较例的放大图。在该比较例的连接器部21A上格子状地排列着多个端子。此时，一对高速信号端子91、92被十个接地端子90包围着。在使用高速信号的情况下，为了降低对其他信号的影响，需要用接地端子包围高速信号端子的周围。

另一方面，本实施方式的多个端子210沿连接器部21的端面20c排列成一列。在该情况下，对于一对高速信号端子，用两个接地端子从两端夹住一对高速信号端子即可。因此，相比于二维地排列端子的情况，呈一列地排列的情况下，高速信号的数量在全体信号数量中所占的比例变大。由此，高频特性变好，能够在提高高速信号的传送的依赖性的同时提高配线密度。

（3）高速信号配线200b不经由第二积层202而对半导体芯片22的电极22a与连接器部21的端子210进行连接，因而，对通信信号等的传送无需经由支撑层21、第二积层202、还有母插件板4、其他电路部件等。因此，半导体芯片22与光模块5之间的配线距离变短，能够使传送损失变小。

（4）当半导体封装基板20与插槽3相嵌合时，通过安装在插槽3的四角的框架30，能够唯一确定半导体封装基板20与插槽3的嵌合位置。另外，通过用螺钉31将框架30拧紧，半导体封装基板20被按压于插槽3。由此，半导体封装基板20的电极202a与插槽3的电极3a的接触变得可靠，电接触不良变少。

（5）通过框架30的嵌合部300与光模块5的阴连接器52的突起520卡合，能够防止光模块5从处理器2脱落。

另外，实施方式的通信设备1也能够例如以下这样地进行变形并实施。

（变形例1）

图6是表示了本发明的实施方式的变形例1的通信设备1A的俯视图。图7表示变形例1的挠性基板7，其中图7（a）是剖视图，图7（b）是俯视放大图。

如图6以及图7所示，能够代替光模块5使挠性基板7通过阴连接器52与处理器2连接。如图7（a）所示，挠性基板7具有形成有多个信号线72及接地线74的信号面7a和形成有信号面7a的背面侧的未图示的接地图案的接地面7b。另外，挠性基板7在其一端部安装着设置有与多个信号线72或接地线74相连接的多个弹簧端子58的端子接受部70，并且由基板支撑部73支撑挠性基板7。挠性基板7的一部分与端子接受部70、基板支撑部73一并收纳于壳体构件51。

如图7（b）所示，多个信号线72沿与连接器部21和阴连接器52的嵌合方向平行的方向进行配线。信号线72的一端部与弹簧端子58连接，另一端部连接着未图示的其他的电子部件。接地线74的一端部与弹簧端子58相连接，并且通过形成于挠性基板7的通孔71连接着接地面7b的接地图案。

通过该变形例1，也能得到与针对上述实施方式所述的（1）～（5）的作用及效果一样的作用及效果。

（变形例2）

图8是表示有本发明的实施方式的变形例2的通信设备1B的俯视图。图9表示变形例2的二芯同轴线缆8，其中图9（a）是剖视图，图9（b）是俯视放大图。

如图8以及图9所示，能够代替光模块5而使二芯同轴线缆8通过印制电路基板82与处理器2连接。如图9（a）所示，印制电路基板82具有：配线有多个信号线84的信号面82a，以及形成有信号面82a的背面侧的未图示的接地图案的接地面82b。另外，与挠性基板7一样，印制电路基板82安装有设置了多个弹簧端子58的端子接受部70，并且由基板支撑部73进行支撑。印制电路基板82、端子接受部70及基板支撑部73被一并收纳于壳体构件51。

多个二芯同轴线缆8的一端收纳于壳体构件51，并在壳体构件51的内部裸露出一对导线80。导线80的一端钎焊于信号线85，并经由信号线85连接着弹簧端子58。接地线84一端部与弹簧端子58相连接，并且通过形成于印制电路基板82的通孔83连接着接地面82b的接地图案。另外，接地线84的另一端钎焊着二芯同轴线缆8的护罩81。在半导体封装基板20的连接器部21与阴连接器52相嵌合的状态下，二芯同轴线缆8沿相对于母插件板4平行的方向延伸。

通过该变形例2，能得到与针对上述实施方式所述的（1）～（5）的作用及效果一样的作用及效果。

以上，虽然说明了本发明的实施方式，但上述记载的实施方式不是对发明的权利要求范围的限定。另外，需要留意的是，实施方式中说明的特征的组合的全部对于用于解决课题的方法不一定是必须的。

例如，虽然实施方式中连接半导体芯片22和连接器部21的端子210之间的配线图案是高速信号配线200b，但应用低速信号配线200a也没关系。

另外，半导体封装基板20的连接器部21也可以形成在半导体封装基板20的各端部，数量没有限制。

另外，半导体封装基板20无需一定是矩形形状，只要是板状即可对形状没有特别限制。

另外，如果限定通过插槽3的低速信号配线200a是例如5Gbit/s左右的低速信号，则母插件板4可以采用便宜的材料、构造。

另外，根据连接器部21的形状，也可以安装实施方式以及变形例所表示的模块以外的设备。

Claims (10)

1.一种半导体装置，其特征在于，

具备板状的半导体封装基板和安装于上述半导体封装基板的半导体芯片，

在上述半导体封装基板的下表面形成与母插件板电连接的多个电极，

在上述半导体封装基板的端部形成具有多个端子的连接器部，上述多个端子与从上述半导体封装基板相平行的方向嵌合的相对侧的连接器的多个弹簧端子电连接。

2.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，

上述多个端子沿上述连接器部的端面呈一列地排列。

3.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于，

上述连接器部的上述多个端子承受来自上述相对侧连接器的上述多个弹簧端子的压紧力并与上述多个弹簧端子接触，

上述半导体封装基板的上述端部的上述下表面的至少一部分形成为承受相对于上述压紧力的反作用力的承受面。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的半导体装置，其特征在于，

上述半导体封装基板具有：形成有连接上述半导体芯片的电极与上述多个端子的配线图案的配线层；以及支撑上述配线层的支撑层。

5.根据权利要求4所述的半导体装置，其特征在于，

上述配线层具有上述半导体芯片侧的第一配线层、及在与上述第一配线层之间夹持上述支撑层的上述母插件板侧的第二配线层，

上述连接器部的上述多个端子中至少一部分的端子不经由上述第二配线层而是通过上述配线图案与上述半导体芯片的电极相连接。

6.一种通信设备，具备权利要求项1至5中任一项所述的半导体装置和具有作为上述相对侧连接器的阴连接器的通信模块，

上述阴连接器具有在与上述弹簧端子之间夹持上述连接器部并与上述承受面相抵接的凸部。

7.根据权利要求6所述的通信设备，其特征在于，

上述半导体封装基板通过插槽与上述母插件板相连接，

在上述母插件板上安装有框架，该框架决定上述半导体封装基板与上述插槽的嵌合位置并用于将上述半导体封装基板压紧于上述插槽。

8.根据权利要求7所述的通信设备，其特征在于，

在上述框架形成有与上述通信模块嵌合的嵌合部。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的通信设备，其特征在于，

上述通信模块具备与光纤光学结合的光元件以及与上述光元件电连接的半导体电路元件。

10.一种半导体封装件，其特征在于，

具备板状的半导体封装基板与安装于上述半导体封装基板的半导体芯片，

在上述半导体封装基板的下表面形成与母插件板电连接的多个电极，

在上述半导体封装基板的端部形成具有多个端子的连接器部，上述多个端子与从上述半导体封装基板相平行的方向嵌合的相对侧的连接器的多个弹簧端子电连接。

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