JP2001007512A - 超小型化した複数枚の回路基板相互間の電気的接続方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電子機器の超小型化へのニーズに応えて、超
小型化した電子回路基板に対する電気的接続を、ファイ
ンピッチで実現すること。 【解決手段】 複数枚の超小型化した回路基板１、２の
パターンを一枚の原基板Ｂ上に形成し、各基板パターン
を切り離す前に全ての部品４、５、６、７、８等を実装
し、複数枚の回路基板間の電気的接続をワイヤーボンデ
ィング又はリボンボンディング１４ａを用いて行ない、
前記原基板Ｂから各回路基板１、２を切り取つた後に、
電気的接続された部分でコの字形に折り曲げることによ
り、複数枚の基板がファインピッチで電気的に接続され
た立方体の構造体を得るようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、機能モジュールを
構成する回路基板を分割して複数枚構成とし、上下方向
に重積して多層的に配置して立方体形状にするときの、
複数枚の超小型化した回路基板の相互間の電気的接続に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来技術における複数枚の回路基板間の
電気的接続には、コネクタ、フラットケーブル、ＦＰ
Ｃ、異方性導電ゴム、金属ピンなどが用いられてきた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】近年あらゆる電子機器
の小型化、高密度化が進んでおり、それらの構成要素で
ある電子回路基板そのものも小型化、高密度化している
ので、従来技術による接続方法では、ファィン（微
細）、又はファインピッチでの接続が困難になってき
た。本発明は機能モジュールを構成する回路基板を超小
型化するとともに、複数枚に分割し、上下に積み重ねて
立方体化し、かつ回路基板相互間の電気的接続を、省ス
ペースで実現し、かつノイズが少なく、全体の超小型化
を阻害しない接続を与えることを課題とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の電気的接続の対
象である超小型の機能モジュールにおいて、その機能モ
ジュールを構成する電子回路基板を分割して、複数枚構
成にする。即ち、前記電子回路基板を機能モジュール
の、例えばセンサ素子の、背面に配置するのに適した大
きさに分割して複数枚構成とし、前記センサ素子及び複
数の電子回路基板の全てを上下方向に重積して多層的に
配置することにより、投影面積を相対的に小さくすると
共に、奥行きを相対的に大きくして立体化（ビルドアッ
プ）し、引いては、全体の体積の超小型化を実現する。
立体化した形状の具体的な例としては、サイコロ形の直
方体形状ばかりでなく、隣り合った面が直角に交わらな
い裁頭角錐形状、円形のレンズ形状に起因する円筒形
状、裁頭円錐形状等が挙げられる。

【０００５】回路基板を上下に複数枚重ねる多層構造に
する外に、個々の回路基板の表面及び裏面に対する実装
部品の分配的な配置を省スペース的に合理化し、更に互
いに向き合った回路基板上の実装部品の高低を考慮した
部品配置（平均レベルに対して凹レベルの部品と、凸レ
ベルの部品の対向的な組み合わせ配置）設計を行うこと
により、複数の基板間の距離を最小化する。

【０００６】このように超小型化したモジュールの複数
の基板間の電気的接続は、何らかの工夫を凝らさなけれ
ば効果的に実現できない。即ち、従来の基板間接続では
コネクタ、フラットケーブル、ＦＰＣ、異方性導電ゴ
ム、金属ピンなどが用いられていたが、本発明のような
ファイン（微細）接続を必要とする場合には不適当であ
った。そこでワイヤーボンディング又はリボンボンディ
ングによる接続を用いることを考えた。しかしながら、
ワイヤーボンディング又はリボンボンディングなどで
は、機械的強度が弱いという問題がある。

【０００７】そこで、単にワイヤーボンディング又はリ
ボンボンディング等の方法を採用するだけではなく、予
め平面的に並べられた回路基板上でボンディングを行っ
た後、基板を固定し、折り曲げ治具を用いて隣接する基
板を対向させるように、コの字形に折り曲げ、ボンディ
ングを切断しないように樹脂で固定するようにした。

【０００８】他の方法としては、基板の側面に電極（ボ
ンディングパッド）をメタライズ加工（例えば、メッ
キ）し、複数枚の基板を樹脂で接着した後、側面の電極
同士をボンディングで結び、その後にボンディング部も
樹脂で封止する方法が考えられる。

【０００９】入出力のためのケーブルは、ファィンピッ
チでの接続が可能なように、ＦＰＣを用い、ハンダ又は
ＡＣＦ又は熱圧着による金属共晶による（ＴＡＢのイン
ナーリードの接続法と同様）により行う。センサの周辺
構造体（例えば光学系など）を含めた一体構造にする。
モジュール（ケース内又は枠内）は樹脂を流し込み固化
する。これにより、一体構造とすること、ならびに、耐
環境性を十分なものにすることさらにでのワイヤーボ
ンディング又はリボンボンディングが固定し、十分な機
械強度を持つことを可能にする。これらの構成により、
センサモジュールのローノイズ、超小型化に寄与するこ
とが可能となる。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の電気的接続が適用可能な
機能モジュールの、例えばセンサとしては、光又は画
像、温度、湿度、電流、電圧、磁気、電気伝導度、圧
力、音又は水素イオン濃度などの何れかの物理・化学量
を電気信号に変換するためのセンサ等が挙げられる。そ
の中の第一の実施形態として、センサ素子が例えばＣＣ
ＤやＣＭＯＳ等のイメージセンサであるビデオカメラ用
のセンサモジュールの例を図１に示した。以下、この実
施形態について、図１を参照しながら説明することにす
る。

【００１１】図１において、回路基板１及び回路基板２
は、センサ素子１３がＣＣＤの場合には、センサを駆動
するための周辺回路及び信号処理のための回路であり、
また、センサが駆動のための周辺回路を含むようなＣＭ
ＯＳイメージセンサの場合は、信号処理のためのＤＳＰ
及びその周辺回路のための回路基板であり、ビルドアッ
プ基板などの多層で微細なパターニングが可能なものを
用いる。その材料の一例としては、シプレイ・ファーイ
ースト株式会社のマルチポジットを用いたプロセスによ
るビルドアップ基板等が挙げられる。

【００１２】プリント基板１及び２の上には、それぞれ
回路部品である抵抗１０、１１、１２、コンデンサ７、
８、９、インダクタ６、ならびに表面実装タイプの半導
体（アンプ、オッシレータ、シリアルメモリ等）が実装
されている。これらの接続にはハンダ又は導電性の接着
剤を用いる。この例では、回路基板は２枚に分割されて
いるが、さらに多数の部分に分割し上下に重ねて多層化
してもよい。

【００１３】半導体（信号処理ＩＣ）４はフリップチッ
プボンディング又はＣＳＰの場合はハンダボールなどに
より接続される。また半導体４においてもワイヤーボン
ディングによる接続でもよい。この実施例のセンサとし
て選択されたるイメージセンサ１３はベア（裸）チップ
実装で、ワイヤー１４によって接続される。ここの例で
はイメージセンサであるため上記のような実装方法であ
るが、センサの種類によって実装方法は目的に合うよう
に変更される。

【００１４】ここでイメージセンサ１３は基板１の上面
に実装され、基板１の下面及び基板２にはセンサの周辺
回路が実装されているが、基板１の上面にも回路部品が
載置されても差し支えない。そのような実施例は後述す
る。

【００１５】

【実施例】図１に本発明の電気的接続を形成する第一の
実施例を示す。図1に示した２枚の回路基板１及び２
（例えば、それぞれの縦横の寸法が１０mm×１０mm）
は、一枚の原基板Ｂ（例えば、縦横の寸法が５０mm×２
５mmで、厚さが１mmで、材料がガラスエポキシ基板）の
上に形成され、各回路基板を切り離す前にそれらの上に
全ての部品を実装し、前記複数枚の回路パターン間の電
気的接続を行ない、前記電気的接続された部分を残して
前記原基板から前記各回路パターンを切り取ることによ
り２枚化し、接続部分１４ａで相互に接続された状態の
２枚の回路基板１、２を得た後で、前記電気的接続され
た部分１４ａでコの字形に折り曲げることにより、複数
枚の回路基板１、２が上下に重なった立体形状に実装し
た構造体を形成する。前記２枚の回路基板間１、２間の
電気的接続に、ワイヤーボンディング又はリボンボンデ
ィング１４ａを用いる。

【００１６】図２に本発明の電気的接続を形成する第二
の実施例を示す。各回路基板の側面に電極２３（例え
ば、ボンディングパッド）を形成し、その電極２３をメ
タライズし、複数枚の回路基板１、２を樹脂で相互に接
着した後、側面の電極２３同士をボンディング２４で結
び、その後にボンディング部も樹脂封止する。また、回
路基板１又は回路基板２から次段の信号処理回路への信
号伝達には、入出力のフレキシブル基板（ＦＰＣ）３が
ハンダ又はＡＣＦ、金属バンプ接続などの低抵抗の接続
方法で接続されることにより行なわれる。

【００１７】機能モジュールのセンサ機能が光学的なイ
メージを扱う実施例においては、回路基板１の上面に実
装されたイメージセンサ１３の上方に光学的レンズ１７
が配置されるが、光学的レンズ１７の主点から焦点距離
ｆだけの距離を離して配置されなければならない。光学
的レンズ１７は、イメージセンサ１３を実装した回路基
板１や回路基板２と共に、ケース（枠）１６で一体化構
造化される。回路基板１、回路基板２、ケース１６、部
品相互間等の隙間１８、１９には、エポキシ系又はシリ
コーン系などの電子機器用の樹脂が充填される。

【００１８】イメージセンサ１３を適用した実施例にお
いては、前の段落で説明したように、焦点距離ｆだけ離
して光学的レンズを対向して離隔配置する必要があるた
め、空間的な無駄が生じる。この離隔配置による無駄な
空間を有効利用して、超小型化を更に推進する、第二の
実施例を図２に示す。光学的レンズ１７とイメージセン
サ１３とが焦点距離ｆだけ離隔配置されることにより必
然的に比較的大き目の空間が生じてしまうが、その大き
目の空間は隅から隅すみまで完全に利用される訳ではな
い。空間内の光路を妨げない周辺部分は利用可能である
ことに着目した。

【００１９】そして、本来は回路基板１及び回路基板２
の間に配置されるべき回路部品のうちの比較的に嵩高で
あって、回路基板１及び回路基板２を相互に近接させる
のを妨げている回路部品を、光路の周辺部に位置付けす
るように、回路基板１の上面に配置する。図２はこの状
態を図示しており、図１に示された回路基板１及び回路
基板２の間隔に比べて、図２における回路基板１及び回
路基板２の間隔が狭くなっていること、つまり超小型化
が一段と進むこと、を示している。

【００２０】図３及び図４では機能モジュールとして、
光学的レンズ１７を伴うイメージセンサ１３の例を挙げ
て説明したが、例えば、圧力センサなどでも同様に適用
可能である。この実施態様を図５に示す。この場合のセ
ンサは、例えば半導体圧力センサ１３ａを採用し、電子
回路基板としては、温度補正、直線性補正等のためのマ
イクロコントローラ、場合によってはドライブ回路等含
むものを採用する。

【００２１】

【発明の効果】従来例のセンサモジュールでは、投影面
積が約２０mm×３０mmmのサイズで、体積が約２０mm×
３０mm×１５mmのサイズであったが、本発明の図３に示
す比較的大き目の実施例であっても、約６０個の部品点
数がありながら、投影面積で約１／６の、約１０mm×１
０mmのサイズであり、複数枚の回路基板間の電気的接続
を含めた全体の体積で、約１／９の約１０mm×１０mm×
１０mmのサイズにすることが出来た。

【００２２】これによりカメラモジュールとしては、電
子スチルカメラをはじめ、携帯用のビデオカメラ、ノー
ト型パソコン、携帯電話、携帯端末、ゲーム機、セキュ
リティなど多くの製品に応用できる。

【００２３】また、この方法は図５に示したように、各
種の物理・化学量を電気信号に変換するセンサに適用で
きるため、多くの産業や民生品において、小型化と性能
向上に寄与できる。光学的なイメージセンサでない場合
には、レンズ特有の焦点距離だけ離隔は位置すべき制約
がないので、一層の小型化が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例であって、原基板上に２
つの回路基板とそれらの電気的接続をワイヤーボンディ
ングによって形成した例を示す図である。

【図２】本発明の第二の実施例を示す図であって、回路
基板上の電極をメタライズした後に、ワイヤーボンディ
ングで接続した例を示す図である。

【図３】本発明の電気的接続を適用した例を示す図であ
って、センサ素子として光学的レンズ及びイメージセン
サの組合わせを用いたビデオカメラのセンサモジュール
の縦断面図である。

【図４】本発明の電気的接続の第二の適用例として、電
子回路基板上に実装すべき回路部品のうちの比較的に嵩
高な部品を、光学的レンズとイメージセンサとが離隔配
置されることにより生じた空間における、光像の伝達に
支障を来たさない周辺部に配置した例を示す縦断面図で
ある。

【図５】本発明の電気的接続の第三の適用例として、セ
ンサを例えば圧力センサとした場合の例を示す縦断面図
である。

【符号の説明】

１、２ 電子回路基板 ３ フレキシブル基板 ４ 半導体 ６ インダクタ ７、８、９ コンデンサ １３ センサ素子 １４ ワイヤー １４ａ ワイヤーボンディング １６ ケース １７ レンズ １８、１９ 隙間 ２１ 回路基板 ２２ 回路基板 ２３ 電極 ２４ ワイヤーボンデイング Ｂ 原基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5E077 BB01 BB31 CC02 DD01 JJ17 JJ30 5E338 AA02 AA15 AA18 BB17 BB43 BB46 BB65 EE22 5E344 AA01 AA04 AA12 AA23 BB02 BB06 BB08 CC05 CC23 CC25 CD13 DD10 EE12

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数枚の超小型化したプリント基板又は
   セラミック基板を上下に重ねて立方体形状に実装した構
   造体を形成するために、前記複数枚の基板間の電気的接
   続にワイヤーボンディング又はリボンボンディングを用
   いることを特徴とする電気的接続方法。
2. 【請求項２】 複数枚の超小型化したプリント基板又は
   セラミック基板のパターンを一枚の原基板上に形成し、
   各基板パターンを切り離す前にそれらの上に全ての部品
   を実装し、前記複数枚の基板パターン間の電気的接続を
   行ない、前記電気的接続された部分を残して前記原基板
   から前記各基板パターンを切り取ることにより相互に接
   続された複数枚の基板を得た後で、前記電気的接続され
   た部分でコの字形に折り曲げることにより、複数枚の基
   板が上下に重なった立方体形状に実装した構造体を形成
   するための電気的接続方法。
3. 【請求項３】 複数枚の超小型化したプリント基板又は
   セラミック基板のパターンを一枚の原基板上に形成し、
   各基板パターンを切り離す前にそれらの上に全ての部品
   を実装し、前記複数枚の基板パターン間の電気的接続を
   行ない、前記電気的接続された部分を残して前記原基板
   から前記各基板パターンを切り取ることにより相互に接
   続された複数枚の基板を得た後で、前記電気的接続され
   た部分でコの字形に折り曲げることにより、複数枚の基
   板が上下に重なった立方体形状に実装した構造体を形成
   するために、前記複数枚の基板間の電気的接続にワイヤ
   ーボンディング又はリボンボンディングを用いることを
   特徴とする電気的接続方法。
4. 【請求項４】 複数枚の超小型プリント基板又はセラミ
   ック基板を上下に重ねて立方体形状に実装した構造体を
   形成するために、前記複数枚の基板の側面をメタライズ
   し、ワイヤーボンディング又はリボンボンディングを行
   ない基板間の電気的接続を行なうことを特徴とする請求
   項１に記載の電気的接続方法。