JP2004023084A - 3次元モジュール、3次元モジュールの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】縁部から外方向に入出力リードをそれぞれ備え、互いにほぼ平行に配置された第1および第2のモジュール配線板と、第1および第2のモジュール配線板の入出力リードの方向とほぼ垂直方向に配置され、入出力リードが接触することにより第1および第2のモジュール配線板に電気的に接続された中継配線板と、第1および第2のモジュール配線板の対向する面の間に設けられ、第1および第2のモジュール配線板に電気的接触を有する導電性部材とを具備する。中継配線板と入出力リードとにより各モジュール配線板同士または外部との電気的入出力を行なう以外に、両モジュール配線板の対向する面の間に両モジュール配線板に電気的接触を有する導電性部材が設けられる。
【選択図】 図3
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、モジュール配線板を積層した構造の3次元モジュールおよびその製造方法に係り、特に、モジュール配線板間または外部との入出力端子数が比較的多い場合に好適な3次元モジュールおよびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
電子部品の高密度実装のため、種々の2次元的高密度化技術が進展してきた。例えば、半導体パッケージの小型化、フリップチップ実装等のベアチップ実装などである。しかしながら2次元的な高密度化は限界に近づき、3次元的な実装密度の向上が必要になってきている。
【0003】
図8は、従来の3次元モジュールの構造例を示す模式図である。図8(a)に示すように、この3次元モジュールは、各モジュール108が積層的に配置され、それぞれのモジュール108の入出力ピンであるリードピン114が、垂直方向に配置された中継配線板118に差し込まれた構造になっている。中継配線板118は、各モジュール108の両端配置の場合で2枚、または各モジュール108の四方配置の場合で4枚設けられ得る。
【0004】
各モジュール108は、モジュール配線板111にIC(集積回路)などの電子部品112が実装(高密度実装)されたものであり、図示していないが、その表面などには、必要な配線パターンが形成されている。配線パターンは、例えばスルーホールなどの配線層間接続(図示せず)を介してモジュール配線板111の裏面の縁から外方向に設けられたリードピン114にも電気的に接続されている。モジュール配線板111には、例えば、多層のセラミックス配線板や樹脂配線板(プリント配線板)を用いることができる。なお、リードピン114は、モジュール配線板111の裏面ではなく表の面に設けられている場合もある。
【0005】
リードピン114は、モジュール配線板111がセラミックスの場合には例えばロウ付けで、モジュール配線板111が樹脂の場合には例えばクリップリードなどを使用して半田付けで、モジュール配線板111に取り付けられる。
【0006】
中継配線板118は、基本的に、各モジュール108間の電気的接続パターンおよびこの3次元モジュールの外部との電気的接続パターンが形成された配線板であり、モジュール108のリードピン114が接続されるための例えばスルーホールを備えている。スルーホールでの接続には例えば半田が用いられる。また、中継配線板118の材質には、例えば、リジッドな補強材入り樹脂(一例としてガラスエポキシ樹脂)またはフレキシブルな樹脂(一例としてポリイミド)が用いられる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
このような3次元モジュールでは、以下述べるような改善すべき事項が存在する。一つは、各モジュール108の入出力に用いるリードピン114の数の不足である。上記のように、リードピン114の数を増加するためには、モジュール配線板111の四方にこれを設けるようにすることができる。しかしながら、各モジュール108自体が高密度実装化されるにつれ、各モジュール108に必要な入出力数も必然的に増加するのでこれに対応しにくくなっている。
【0008】
また、各モジュール108の位置合わせなどの3次元モジュールとしてのアセンブリに難が生じやすいことである。これは、典型的には、図8(b)に示すように、各モジュール108におけるリードピン114の中継配線板118への挿入深さのばらつきによって現れる。このようなばらつきが生じると、最悪の場合は中継配線板118との電気的・機械的接続が不良となったり、それほどではない場合でもリードピン114が横方向に突出して最大外形寸法が所定より大きくなって周囲の導電体との誤接触が生じたりする。
【0009】
さらに、中継配線板118がフレキシブル配線板の場合には、3次元モジュールとしての機械的剛性が不足するため、各モジュール108の固定という点で十分とは言えない状態となることである。このため、中継配線板118にフレキシブル配線板を使用する場合には、実際には、各モジュール108を通して縦方向に貫通する棒状の固定部材を付加して各モジュール108同士の相対的位置を固定するなど、新たな工程、部材を必要とする。
【0010】
本発明は、上記した事情を考慮してなされたもので、モジュール配線板間または外部との入出力端子数の増加に対応することが少なくとも可能な3次元モジュールおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明に係る3次元モジュールは、縁部から外方向に入出力リードをそれぞれ備え、互いにほぼ平行に配置された第1および第2のモジュール配線板と、前記第1および第2のモジュール配線板の前記入出力リードの方向とほぼ垂直方向に配置され、前記入出力リードが接触することにより前記第1および第2のモジュール配線板に電気的に接続された中継配線板と、前記第1および第2のモジュール配線板の対向する面の間に設けられ、前記第1および第2のモジュール配線板に電気的接触を有する導電性部材とを具備することを特徴とする。
【0012】
すなわち、中継配線板と各モジュール配線板に設けられた入出力リードとにより各モジュール配線板同士または外部との電気的入出力を行なう以外に、両モジュール配線板の対向する面の間には、両モジュール配線板に電気的接触を有する導電性部材が設けられる。したがって、対向して配置されているモジュール配線板同士の電気的入出力は、入出力リード→中継配線板→入出力リードの経路を介することなく、この導電性部材を介して直接的に行なうことができる。
【0013】
よって、各モジュール配線板においては、少なくとも隣接するモジュール配線板との電気的入出力のための入出力リードを設ける必要がなくなる。ゆえに、モジュール配線板間または外部との入出力端子数の増加に対応することが可能な3次元モジュールを提供できる。
【0014】
なお、モジュール配線板の板材には、例えばセラミックスや、樹脂、補強材入り樹脂を用いることができ、中継配線板の板材には、例えばリジッドまたはフレキシブルな樹脂(補強材入り樹脂)を用いることができる。
【0015】
また、本発明に係る、3次元モジュールの製造方法は、縁部から外方向に入出力リードをそれぞれ備え、面上に電気的接続用ランドパターンをそれぞれ有する第1および第2のモジュール配線板を形成する工程と、前記第1および第2のモジュール配線板の前記電気的接続用ランドパターンのいずれかまたは両方の上に導電性部材を配置する工程と、前記配置された導電性部材を介して前記第1および第2のモジュール配線板が電気的接続されるように、前記第1および第2のモジュール配線板を互いにほぼ平行に配置する工程と、前記第1および第2のモジュール配線板の前記入出力リードの方向とほぼ垂直の方向に中継配線板を配置して前記入出力リードと前記中継配線板とを電気的に接続する工程とを具備することを特徴とする。
【0016】
すなわち、各モジュール配線板同士または外部との電気的入出力を行なうため中継配線板と各モジュール配線板に設けられた入出力リードとを接続する以外に、両モジュール配線板の対向する面の間に、両モジュール配線板に電気的接触が可能な導電性部材が形設される。したがって、この製造方法による3次元モジュールは、対向して配置されているモジュール配線板同士の電気的入出力が、入出力リード→中継配線板→入出力リードの経路を介することなく、この導電性部材を介して直接的に行なうことができる。
【0017】
よって、各モジュール配線板においては、少なくとも隣接するモジュール配線板との電気的入出力のための入出力リードを設けておく必要がなくなる。ゆえに、モジュール配線板間または外部との入出力端子数の増加に対応することが可能な3次元モジュールの製造方法を提供できる。
【0018】
なお、この3次元モジュールの製造方法において、モジュール配線板の板材には、例えばセラミックスや、樹脂、補強材入り樹脂を用いることができ、中継配線板の板材には、例えばリジッドまたはフレキシブルな樹脂(補強材入り樹脂)を用いることができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
本発明の実施態様として、前記導電性部材は、半田である。半田を用いることで、その製造段階においてセルフアラインメント効果を発揮させることが可能であり、各モジュール間の相対的位置合わせをこの効果により高精度に行なうことができる。
【0020】
また、実施態様として、前記導電性部材は、導電性樹脂である。導電性樹脂を用いることで、その製造段階において硬化する前のペースト状のものを例えばスクリーン印刷でモジュール配線板上の所定の位置に形設することができる。これにより生産性の向上に寄与できる。
【0021】
また、実施態様として、前記導電性部材は、金属ピンである。金属ピンを用いることで、その製造段階において、隣接するモジュール配線板の間の距離を比較的簡単に一定にしその位置関係を保つことができる。これにより、組立性を向上できる。
【0022】
また、実施態様としての3次元モジュールは、前記第1および第2のモジュール配線板の対向する面の間に設けられ、前記第1のモジュール配線板と前記第2のモジュール配線板との間の距離を一定に保つスペーサをさらに具備する。スペーサを設けることで、導電性部材が半田や硬化前の導電性樹脂である場合にも、製造段階において、隣接するモジュール配線板の間の距離を比較的簡単に一定にしその位置関係を保つことができる。
【0023】
また、実施態様として、前記中継配線板は、フレキシブル配線板である。モジュール配線板同士は導電性部材により機械的にも接続され得るので、3次元モジュールとしての機械的剛性は、これ自体によって比較的確保しやすい。したがって、中継配線板には、フレキシブルな材質をも用いることができるものである。
【0024】
また、実施態様として、前記導電性部材は、前記第1および第2のモジュール配線板の前記縁部付近には位置していない。このようにすることで、例えば隣接するモジュール配線板の材質が異なる場合であっても、膨張率の違いによる導電性部材へのせん断力発生を抑制することができる。したがって、信頼性を向上することができる。
【0025】
また、実施態様としての3次元モジュールは、縁部から外方向に入出力リードをそれぞれ備え、ほぼ平行に積層的に配置された第1ないし第n(nは3以上の整数)のモジュール配線板と、前記第1ないし第nのモジュール配線板の前記入出力リードの方向とほぼ垂直方向に配置され、前記入出力リードが接触することにより前記第1ないし第nのモジュール配線板に電気的に接続された中継配線板と、前記第1ないし第nのモジュール配線板のうちの隣り合うモジュール配線板の対向する面の間それぞれに設けられ、前記隣り合うモジュール配線板に電気的接触を有する導電性部材とを具備する。モジュール配線板の数を積層的に3以上に増加させたものである。
【0026】
また、製造方法の実施態様において、導電性部材を配置する前記工程は、前記第1および第2のモジュール配線板の前記電気的接続用ランドパターンのいずれかまたは両方の上にあらかじめフラックスを塗布し、前記塗布されたフラックスを介して前記導電性部材としての半田ボールを配置するものであり、前記第1および第2のモジュール配線板を互いにほぼ平行に配置する前記工程は、前記配置された半田ボールをリフローさせることにより前記第1および第2のモジュール配線板が電気的接続されるようになされる。製品として利用可能な半田ボールを部材に用いて簡便にモジュール配線板同士を電気的に接続するものである。
【0027】
また、実施態様としての製造方法は、縁部から外方向に入出力リードをそれぞれ備え、面上に電気的接続用ランドパターンをそれぞれ有する第1ないし第n(nは3以上の整数)のモジュール配線板を形成する工程と、前記第1ないし第nのモジュール配線板のうちの隣り合う序数に係るモジュール配線板の前記電気的接続用ランドパターンのいずれかまたは両方の上に導電性部材を配置し、これを各序数について行なう工程と、前記配置された導電性部材を介して前記第1ないし第nのモジュール配線板が積層的に対向して電気的接続されるように、前記第1ないし第nのモジュール配線板を前記序数に従い積層的に配置する工程と、前記積層的に配置された第1ないし第nのモジュール配線板の前記入出力リードの方向とほぼ垂直の方向に中継配線板を配置して前記入出力リードと前記中継配線板とを電気的に接続する工程とを具備する。モジュール配線板の数を積層的に3以上に増加させた場合の製造方法である。
【0028】
以下では本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る3次元モジュールを製造するプロセスを横方向からの図示で示す模式図であり、(a)から(c)の順にプロセスが進行する。
【0029】
まず、図1(a)に示すように、モジュール8を製造する。モジュール8は、モジュール配線板11上にIC(集積回路)などの電子部品12が実装(高密度実装)されたものである。モジュール配線板11には、このための必要な配線パターン(図示せず)が備えられ、また、モジュール配線板11を縦方向に通じる電気的な層間接続部材(図示せず)も備えられている。モジュール配線板11の板材には、例えばセラミックスや、樹脂、補強材入り樹脂を用いることができる。モジュール配線板11の平面形状は、例えば数十mm角以下のほぼ方形である。
【0030】
電子部品12は、例えば、IC、ディスクリート部品、受動部品などである。ICの場合には、パッケージに封止されたチップやフリップチップ接続されているベアチップなどを用いることができる。
【0031】
リードピン14は、モジュール配線板11の裏面の縁からその面の延長外方向に設けられており、モジュール配線板11内で上記の配線パターンとの電気的接続がされている。これにより、リードピン14は、モジュール8の入出力端子(の一部)として機能する。なお、リードピン14は、モジュール配線板11の裏面ではなく表の面に設けられていてもよい。また、図示するようにモジュール配線板11の対向する2辺上2方向に設けられている以外に、4辺上で四方に向けて設けられていてもよい。
【0032】
リードピン14は、モジュール配線板11がセラミックスの場合には比較的高温に耐えるので例えばロウ付けで、モジュール配線板11が樹脂の場合には例えばクリップリードなどを使用して半田付けで、モジュール配線板11に取り付けることができる。モジュール配線板11には、以上の構成以外にも、配線板として必要な部材(例えば半田レジストや配線パターンの一部としてのめっきなど)が形設されていてもよい。
【0033】
以上説明の構造自体は、公知技術を使用して製造できる。これに加えて、このモジュール8では、モジュール配線板11の表面側、裏面側にそれぞれ、電気的接続用ランドパターン(以下では、単に「ランドパターン」、または「接続用ランドパターン」という場合がある。)13a、13bが設けられる。これらのランドパターン13a、13bは、後述するようにモジュール8の入出力端子の他の一部(すなわちリードピン14の他に設けられた入出力端子)として利用されるものである。ランドパターン13a、13bの形成は、モジュール配線板11上の必要な位置に、例えば上記説明の配線パターンを形成するときにその一部として行なうことができる。
【0034】
次に、図1(b)に示すように、モジュール配線板11の両面の電気的接続用ランドパターン13a、13bの上にフラックス15を塗布する。フラックス15は、ランドパターン13a、13b上で半田が溶融した場合にその濡れ性を向上させ電気的・機械的接続の確実性を増すものであり、通常の状態ではペースト状で粘性がある。フラックス15の塗布には、ディスペンサ、スクリーン印刷機の使用など各種の周知の方法を用いることができる。以上により、フラックス塗布済みモジュール9が得られる。
【0035】
次に、図1(c)に示すように、モジュール配線板11の裏面側の各ランドパターン13b上に半田ボール16を載置する。半田ボール16の直径は例えば1mm前後である。載置の方法としては、例えば、ランドパターン13bの配置と同じ貫通孔パターンを有する板をスクリーンに用い、この板のごくわずかな下にモジュール配線板11のランドパターン13bの存在する側の面を位置合わせの上、半田ボール16をこの板上に流す方法を用いることができる。流された半田ボール16は、板の貫通孔に嵌り、粘性を有するフラックス15上に仮固定された状態となる。
【0036】
なお、半田ボール16は、裏面側ランドパターン13b上に載置する代わりに表面側ランドパターン13a上に載置するようにしてもよい。半田ボール16自体は、製品として市場に供給されているものを用いることができる。以上により半田ボール載置済みモジュール10が得られる。
【0037】
次に、図2に示すように、半田ボール載置済モジュールを積層的に配置する。以下では、半田ボール載置済みモジュールとして、積層位置、上からa、b、…、nのモジュール名をサフィックスとして与え説明する。なお、図2は、図1の続図であって、本発明の一実施形態に係る3次元モジュールを製造するプロセスを横方向からの図示で示す模式図であり、すでに説明した構成要素には同一番号を付してある。なお、現実に想定されるnは、例えば2から10程度である。
【0038】
最上のモジュール10aから、下から2番目のモジュール10(n−1)までは、図1に示したプロセスにより用意され得るものである。ただし、最上のモジュール10aの表の面側には、電気的接続用ランドパターン13aはなくてもよく、したがって、その上のフラックス15の塗布も必要ない。また、最も下のモジュール10nの裏の面側には、電気的接続ランドパターン13bはなくてもよく、したがって、その場合にはその面のフラックス15の塗布および半田ボール16の載置も必要ない。
【0039】
各モジュール10a、…、10nのうちの隣接して位置するものそれぞれにおける対向する面のランドパターン13bとランドパターン13aとは、パターン位置が合わせられている(そのようにあらかじめパターン形成されている)。半田ボール16の溶融によるこれらの面間の電気的・機械的接続のためである。
【0040】
また、各モジュール10a、…、10nの間それぞれには、これらが電気的・機械的に接続されたときにモジュール配線板11同士の距離を一定に保つためスペーサ17が設けられる。ここでは、スペーサ17として、モジュール配線板11の縁付近に設けるようにしているが、その位置や平面的な形状は、各モジュール内の電子部品12等の構成部品に干渉しないように適宜決めてよい。その高さについては後述する。
【0041】
なお、半田ボール16を、裏面側ランドパターン13b上に載置する代わりに表面側ランドパターン13a上に載置するようにした場合には、当然ながら、次にようになる。すなわち、最下のモジュール10nの裏の面側には、電気的接続用ランドパターン13bはなくてもよく、したがって、その場合のその面上のフラックス15の塗布も必要ない。かつ、最も上のモジュール10aの表の面側には、電気的接続ランドパターン13aはなくてもよく、したがって、その上のフラックス15の塗布および半田ボール16の載置も必要ない。
【0042】
上記のようにして実際にモジュール10a、…、10nを積層すると、図3(a)に示すような状態となる。図3は、図1、図2の続図であって、本発明の一実施形態に係る3次元モジュールを製造するプロセスを横方向からの図示で示す模式図であり、すでに説明した構成要素には同一番号を付してある。
【0043】
この状態は、各モジュール配線板11間の間隔が、半田ボール16によって規定される状態であり、電子部品12およびスペーサ17が各モジュール配線板11間でつかえて接触する状態ではない。すなわち、スペーサ17は、この状態では実質的にスペーサとして機能しない高さを有している(おおよそ、半田ボール16の直径の値より小の高さ。)。
【0044】
次に、上記の積層配置が完了したものを、例えば、赤外線で加温された温風の環境下におくことにより、半田ボール16をリフロー・固化させる。これにより、図3(b)に示すように、各モジュール配線板11間には導電性部材としての半田16aが得られる。ここで、各半田ボール16が溶融するときには表面張力が生じその表面積を小さくしようとするので、各モジュール配線板11間の間隔はスペーサ17が規定する間隔まで短縮する。
【0045】
この状態では、スペーサ17が各モジュール配線板11間の間隔を規定し、電子部品12が各モジュール配線板11間でつかえて接触するのを防止する。スペーサ17は、この状態でスペーサとして機能する高さを有している(おおよそ、電子部品12の高さより大の高さ。)。なお、この状態での各モジュール配線板11間の想定される間隔は、例えば0.4mmから1mm程度であり、また、全体としての高さは、例えば3mmから30mm程度である。
【0046】
ちなみに、図3(b)に示す工程においては次のような効果も存在する。すなわち、図3(a)に示した積層配置で、各モジュールについての平面方向の位置合わせが多少ずれてなされても、図3(b)に示す状態に至る間にはこの位置ずれの矯正効果が発揮されることである。これは、上記でも述べたように半田ボール16の溶融によって表面張力が生じ、対向するランドパターン13a、13bを最短で接続しようと力がはたらくためである(セルフアラインメント効果)。したがって、溶融接続後には3次元モジュールとして、各モジュールの相対的位置精度が向上したものになる。また、これにより、各モジュールのリードピン14同士の位置関係も精度よく仕上げることができる。
【0047】
さらに、セルフアラインメント効果により、図3(a)に示した積層配置の工程自体も、リードピン14の位置を手掛かりに行うなど、ラフな精度で行なうことが可能である。また、各モジュール配線板11の大きさについても、各モジュールのリードピン14の端部位置が揃えられて設計されていれば、特に同じにする必要はない(同じでなくても各モジュール間の相対位置精度はセルフアラインメント効果により確保される。)。これにより、実装に正味必要な面積のモジュール配線板11を用いることができ、その材料の削減も場合によっては可能である。
【0048】
図3(b)の状態のものが組立てられたら、次に、図3(c)に示すように、各リードピン14が貫通するようにこれに垂直方向に中継配線板18をとり付ける。中継配線板18は、基本的に、各モジュール配線板11間の電気的接続パターンおよびこの3次元モジュールの外部との電気的接続パターンの形成された配線板であり、リードピン14が接続されるための例えばスルーホールを備えている。スルーホールでの接続には例えば半田を用いることができる。中継配線板18は、各モジュール配線板11の両端配置の場合で2枚、または各モジュール配線板11の四方配置の場合で4枚設けられ得る。
【0049】
中継配線板18のとり付けは、すでにモジュール配線板11同士が半田16aにより機械的に精度よく接続されているので、組立て性よくリードピン14に対して容易に行なうことができる。中継配線板18の板材には、例えば、リジッドな補強材入り樹脂(一例としてガラスエポキシ樹脂)やフレキシブルな樹脂(一例としてポリイミド)を用いることができるが、特にフレキシブルな樹脂を用いた場合においても3次元モジュールとして必要な機械的剛性を確保し得る。これも、モジュール配線板11同士が半田16aにより機械的に接続されてからである。
【0050】
以上説明の工程により、本発明の一実施形態に係る3次元モジュールを得ることができる。この3次元モジュールでは、隣接するモジュール配線板11間の電気的接続が電気的接続用ランドパターン13a、13b、および半田16aを用いて直接的に行われ得るので、隣接モジュール配線板11間では中継配線板18を介するようにパターンなどを構成する必要がない。すなわち、隣接するモジュール配線板11との電気的入出力のためにはリードピン14を設けるには及ばない。ゆえに、モジュール配線板11間または外部との入出力端子数の増加に対応することが可能である。
【0051】
また、隣接するモジュール配線板11間の電気的接続が電気的接続用ランドパターン13a、13b、および半田16aを用いて直接的に行われ得ることから、リードピン14の数とともに、中継配線板18に形成する配線パターン数を削減できる。すなわち、モジュール配線板11間を接続する全体的な配線パターン数を削減できる。これにより、配線長が短縮され、結果として、信頼性向上、動作性能向上、コスト削減などの達成にもなる。これは、モジュール配線板11の入出力として、リードピン14のほかに、電気的接続用ランドパターン13a、13b、および半田16aを有することによる効果である。
【0052】
また、従来のような構成(例えば図8)では、各リードピンへの信号の割り振りを3次元モジュールとしての構造から決める必要があり、これにより、各モジュールごとの回路規模が大きく異なる場合があった。回路規模が異なるとモジュール配線板によっては無駄な領域を有することになり効率的な部品配置設計が妨げられる。上記実施形態では、信号の流れに沿って各モジュールの機能を割り振りやすくなり、無駄な領域を発生させず3次元モジュールとして高密度なものにすることができる。
【0053】
また、電気的接続用ランドパターン13a、13bは、モジュール配線板11面上に、場所的に融通性よく設けることができる。したがって、その数は相当に多数にすることができる。その場合にも、モジュール配線板11間の相対的位置合わせ(あらかじめ行なう位置合わせ)は、リードピン14の端部を基準に行なうなどにより、容易である。
【0054】
また、さらに補足するに、以上の説明では、各モジュール配線板11には、電子部品12が実装されているとしたが、必ずしも、各モジュール配線板11について電子部品12が実装されていなくてもよい。すなわち、一部のモジュール配線板11については、接続用ランドパターン13a、13bを有するが、電子部品12の実装されない配線板であってもよい。この場合には、そのモジュール配線板11はその上下に位置するモジュール配線板11間の、一種の中継配線板として機能する。
【0055】
また、中継配線板18とモジュール配線板11との接続は、ピン形状のリードピン14によらずに行なうこともできる。例えば、フレキシブルプリント配線板をリードピン14の代わりに用いて、中継配線板18とモジュール配線板11との間の接続を行なうことができる。この場合、フレキシブルプリント配線板とモジュール配線板11との間、またはフレキシブルプリント配線板と中継配線板18との間の接続には、コネクタ、半田付け、異方性導電フィルムなど、周知の方法を用いることができる。
【0056】
また、上記では、電子部品12が実装される面にある接続用ランドパターン13aをモジュール配線板11上に設ける例を説明したが、接続用ランドパターン13aを、電子部品12としての半導体チップ上のパッドとして設けることもできる。この場合には、半導体チップの接続パッドが存在する側の面を上に向けてこの半導体チップをモジュール配線板11上に配置・固定させておく。
【0057】
また、各モジュール配線板11は、すべて板材質が揃っている必要はない。例えば、セラミックス板と樹脂板との混合であってもよい。この場合には、例えば、放熱性を必要とするモジュールにはセラミックス板を用いて性能を確保し、そうではないモジュールには、樹脂板を用いてコストを削減するなどが可能である。
【0058】
また、このように混合している場合には、セラミックス板と樹脂板とは、それぞれブロック化して、熱膨張率によるストレス発生がより小さくするように構成することができる。さらに、このような場合の中継配線板18には、フレキシブル配線板を用いるとより好適である。これは、セラミックス板と樹脂板とで熱膨張の違いが生じても中継配線板18が容易に変形し、中継配線板18でのストレス発生を回避できるからである。
【0059】
また、入出力端子として、電気的接続用ランドパターン13a、13b、および半田16aと、リードピン14とを使い分けるには、例えば、大きな電流値を要する電源ラインについては、主に後者を用いるという設計を採用することができる。これは、電気的接続用ランドパターン13a、13b、および半田16aによる端子は、より小さな配置ピッチで形成され得るところ、リードピン14は、例えば1.27mmピッチの配置のようにその細かさが限られ、大電流を流すのに適するからである。
【0060】
次に、本発明の別の実施形態を図4を参照して説明する。図4は、本発明の別の実施形態に係る3次元モジュールを製造するプロセスを横方向からの図示で示す模式図であり、(a)、(b)の順にプロセスが進行する。図4において、すでに説明した部位と同一のものには同一符号が与えられている。
【0061】
この実施形態は、図1(c)に示した半田ボール載置済みモジュール10に代えて、半田ペースト塗布済みモジュール10Aを得るところが、先の実施形態と異なる点である。半田ペースト41は、図4(b)に示すように、電気的接続用ランドパターン13a、13bの例えば両者の上に塗布される。このような半田ペースト41の塗布には、例えばスクリーン印刷機、ディスペンサなど周知の方法を用いることができる。
【0062】
半田ペースト41は、フラックスなどを含むペースト状組成物中に微細な半田粒を分散させたものであり、例えば表面実装部品を自動実装する場合に用いられるものとして周知である。
【0063】
図4(b)に示すように得られた半田ペースト塗布済みモジュール10Aは、このあと、図2、図3に示した工程とほぼ同様の工程に投入される。これにより、上記の実施形態とほぼ同様に、モジュール配線板11間の電気的・機械的接続が半田によって直接的になされている3次元モジュールを得ることができる。
【0064】
この実施形態においても、モジュール配線板11間の電気的・機械的接続が半田によりなされるので、セルフアラインメント効果などの特有の効果が得られる。その他の利点についても、モジュール配線板11間接続のため導電性部材が存在するという点において、上記ですでに説明したことが言える。
【0065】
なお、この実施形態では、半田ペースト41の塗布をモジュール配線板11両面の接続用ランドパターン13a、13bに対して行なうようにしているが、十分な体積に塗布することが可能であればいずれか一方のみでもよい。両面ともに塗布すれば容易に体積を増加させることができるので、モジュール配線板11間の接続は確実に行なわれる。
【0066】
次に、本発明のさらに別の実施形態を図5を参照して説明する。図5は、本発明のさらに別の実施形態に係る3次元モジュールを製造するプロセスを横方向からの図示で示す模式図であり、(a)、(b)の順にプロセスが進行する。図5において、すでに説明した部位と同一のものには同一符号が与えられている。
【0067】
この実施形態は、図1(c)に示した半田ボール載置済みモジュール10に代えて、導電性バンプ形成済みモジュール10Bを得るところが、先の各実施形態と異なる点である。導電性バンプ51は、図5(b)に示すように、電気的接続用ランドパターン13a、13bのうち例えばモジュール配線板11裏面のランドパターン13bの上に形成される。このような導電性バンプ51の形成には、例えば導電性ペーストをインク代わりに用いてスクリーン印刷によってなすことができ、印刷という手段により生産効率性向上が得られる。導電性バンプ51は、導電性ペーストの粘性を利用し図示するようにほぼ円錐形に形成することができる。
【0068】
導電性ペーストは、例えばペースト状樹脂の中に金属粒(銀、金、銅、半田など)を分散させ、加えて揮発性の溶剤を混合させたものであり、かつ、熱を加えて乾燥させることで完全に硬化する性質を有するものである。図5(b)に示す状態は硬化前である。
【0069】
図5(b)に示すように得られた導電性バンプ形成済みモジュール10Bは、このあと、図2、図3に示した工程とほぼ同様の工程に投入される。これにより、モジュール配線板11間の電気的・機械的接続が導電性バンプ51により直接的になされている3次元モジュールを得ることができる。
【0070】
この場合において、各モジュール配線板11間のスペーサ17は、図5(b)に示す導電性バンプ51の高さより低いものを用いる。そして、各モジュール配線板11間の間隔が図3(b)に示すようにスペーサ17で規定されるように各モジュール配線板11を位置させ、同時に導電性バンプ51の頭部を塑性変形させる。これにより対向するランドパターン13aとの電気的接続を確立することができる。さらに、熱を加えることにより導電性バンプ51を硬化させて接着しその状態を維持するようにする。
【0071】
この実施形態においても、モジュール配線板11間接続のための導電性部材として導電性バンプ51が存在するということから、セルフアラインメント効果およびこれから派生する効果を除き、前述の各効果を得ることができる。
【0072】
なお、この実施形態では、導電性バンプ51の塗布をモジュール配線板11裏面の接続用ランドパターン13bに対して行なうようにしているが、表の面の接続用ランドパターン13aに対して行なうようにしてももちろんよい。
【0073】
次に、本発明のさらに別の実施形態を図6を参照して説明する。図6は、本発明のさらに別の実施形態に係る3次元モジュールを製造するプロセスを横方向からの図示で示す模式図であり、(a)、(b)、(c)の順にプロセスが進行する。図6において、すでに説明した部位と同一のものには同一符号が与えられている。
【0074】
この実施形態は、図1(c)に示した半田ボール載置済みモジュール10に代えて、金属ピン形成済み半田ペースト塗布済みモジュール10Cを得るところが、先の各実施形態と異なる点である。金属ピン61は、図6(b)に示すように、電気的接続用ランドパターン13a、13bのうち例えばモジュール配線板11裏面のランドパターン13bの上に形成される。このような金属ピン61の形成には、例えば半導体パッケージであるPGA(ピングリッドアレー)の製造に用いられている入出力用金属ピンの形成技術を用いることができる。
【0075】
金属ピン61が形成されたモジュール9Cに対して、さらに、モジュール配線板11の表の面のランドパターン13a上に半田ペースト62を塗布する。半田ペースト62は、前述した半田ペースト41と同様のものである。その塗布方法も前述した通りである。
【0076】
図6(c)に示すように得られた金属ピン形成済み半田ペースト塗布済みモジュール10Cは、このあと、図2、図3に示した工程とほぼ同様の工程に投入される。これにより、モジュール配線板11間の電気的・機械的接続が金属ピン61により直接的になされている3次元モジュールを得ることができる。
【0077】
この場合においては、金属ピン61と対向するランドパターン13aとの電気的・機械的接続は、半田ペースト62が溶融・固化することによりなされる。また、各モジュール配線板11間の間隔は金属ピン61が規定するので、各モジュール配線板11間のスペーサ17は必要なく、スペーサ17がなくても組立て性は良好である。
【0078】
この実施形態においても、モジュール配線板11間接続のための導電性部材として金属ピン61が存在するということから、セルフアラインメント効果およびこれから派生する効果を除き、前述の各効果を得ることができる。
【0079】
なお、この実施形態では、金属ピン61の形成をモジュール配線板11裏面の接続用ランドパターン13bに対して、半田ペースト62の塗布を表の面のランドパターン13aに対して、それぞれ行なうようにしているが、逆であってももちろんよい。
【0080】
次に、本発明のさらに別の実施形態を図7を参照して説明する。図7は、本発明のさらに別の実施形態に係る3次元モジュールにおいて、これに用いる一枚のモジュールを模式的に示す上面図であり、(a)、(b)は、その各例である。図7において、すでに説明した部位と同一のものには同一符号が与えられている。
【0081】
図7(a)に示すものは、接続用ランドパターン13a(図示していないがランドパターン13bも同様、以下同)が、モジュール配線板11にほぼまんべんなく分布するように配置されるのに対して、図7(b)に示すものは、接続用ランドパターン13aは、モジュール配線板11の縁部近くには配置させないようにしている。
【0082】
図7(b)に示すようにランドパターン13aを配置させると、各モジュール配線板11の板材質が異なる場合であって、とりわけ各モジュール配線板11がある程度大きな場合に都合がよい。これは、3次元モジュールにおいて各モジュール配線板11の熱膨張率が違うと、モジュール配線板11間の導電性部材にせん断ストレスが発生し、このようなせん断ストレスは、経時的な信頼性劣化をもたらすからである。
【0083】
中央よりにランドパターン13aを配置すると、熱膨張率の違いによる変位がより小さく、したがってせん断ストレスも小さくなる。逆にいうと、各モジュール配線板11としてより大きなものを用いることも可能となる。なお、接続用ランドパターン13aの全体としての配置パターンは、図示するように方形とする以外に、円形、楕円形などとしてもよい。この場合においては、個々のランドパターン13aの配置として格子状に限らず、放射状などとしてもよい。
【0084】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、両モジュール配線板の対向する面の間には、両モジュール配線板に電気的接触を有する導電性部材が設けられる。したがって、対向して配置されているモジュール配線板同士の電気的入出力は、入出力リード→中継配線板→入出力リードの経路を介することなく、この導電性部材を介して直接的に行なうことができる。よって、各モジュール配線板においては、少なくとも隣接するモジュール配線板との電気的入出力のための入出力リードを設ける必要がなくなる。ゆえに、モジュール配線板間または外部との入出力端子数の増加に対応することが可能な3次元モジュールを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る3次元モジュールを製造するプロセスを横方向からの図示で示す模式図。
【図2】図1の続図であって、本発明の一実施形態に係る3次元モジュールを製造するプロセスを横方向からの図示で示す模式図。
【図3】図1、図2の続図であって、本発明の一実施形態に係る3次元モジュールを製造するプロセスを横方向からの図示で示す模式図。
【図4】本発明の別の実施形態に係る3次元モジュールを製造するプロセスを横方向からの図示で示す模式図。
【図5】本発明のさらに別の実施形態に係る3次元モジュールを製造するプロセスを横方向からの図示で示す模式図。
【図6】本発明のさらに別の実施形態に係る3次元モジュールを製造するプロセスを横方向からの図示で示す模式図。
【図7】本発明のさらに別の実施形態に係る3次元モジュールにおいて、これに用いる一枚のモジュールを模式的に示す上面図。
【図8】従来の3次元モジュールの構造例を示す模式図。
【符号の説明】
8…モジュール 9…フラックス塗布済みモジュール 9C…金属ピン形成済みモジュール 10…半田ボール載置済みモジュール 10A…半田ペースト塗布済みモジュール 10B…導電性バンプ形成済みモジュール 10C…金属ピン形成済み半田ペースト塗布済みモジュール 11…モジュール配線板 12…電子部品 13a、13b…電気的接続用ランドパターン 14…リードピン 15…フラックス 16…半田ボール 16a…半田 17…スペーサ 41…半田ペースト 51…導電性バンプ 61…金属ピン 62…半田ペースト
Claims (11)
- 縁部から外方向に入出力リードをそれぞれ備え、互いにほぼ平行に配置された第1および第2のモジュール配線板と、
前記第1および第2のモジュール配線板の前記入出力リードの方向とほぼ垂直方向に配置され、前記入出力リードが接触することにより前記第1および第2のモジュール配線板に電気的に接続された中継配線板と、
前記第1および第2のモジュール配線板の対向する面の間に設けられ、前記第1および第2のモジュール配線板に電気的接触を有する導電性部材と
を具備することを特徴とする3次元モジュール。 - 前記導電性部材は、半田であることを特徴とする請求項1記載の3次元モジュール。
- 前記導電性部材は、導電性樹脂であることを特徴とする請求項1記載の3次元モジュール。
- 前記導電性部材は、金属ピンであることを特徴とする請求項1記載の3次元モジュール。
- 前記第1および第2のモジュール配線板の対向する面の間に設けられ、前記第1のモジュール配線板と前記第2のモジュール配線板との間の距離を一定に保つスペーサをさらに具備することを特徴とする請求項1記載の3次元モジュール。
- 前記中継配線板は、フレキシブル配線板であることを特徴とする請求項1記載の3次元モジュール。
- 前記導電性部材は、前記第1および第2のモジュール配線板の前記縁部付近には位置していないことを特徴とする請求項1記載の3次元モジュール。
- 縁部から外方向に入出力リードをそれぞれ備え、ほぼ平行に積層的に配置された第1ないし第n(nは3以上の整数)のモジュール配線板と、
前記第1ないし第nのモジュール配線板の前記入出力リードの方向とほぼ垂直方向に配置され、前記入出力リードが接触することにより前記第1ないし第nのモジュール配線板に電気的に接続された中継配線板と、
前記第1ないし第nのモジュール配線板のうちの隣り合うモジュール配線板の対向する面の間それぞれに設けられ、前記隣り合うモジュール配線板に電気的接触を有する導電性部材と
を具備することを特徴とする3次元モジュール。 - 縁部から外方向に入出力リードをそれぞれ備え、面上に電気的接続用ランドパターンをそれぞれ有する第1および第2のモジュール配線板を形成する工程と、
前記第1および第2のモジュール配線板の前記電気的接続用ランドパターンのいずれかまたは両方の上に導電性部材を配置する工程と、
前記配置された導電性部材を介して前記第1および第2のモジュール配線板が電気的接続されるように、前記第1および第2のモジュール配線板を互いにほぼ平行に配置する工程と、
前記第1および第2のモジュール配線板の前記入出力リードの方向とほぼ垂直の方向に中継配線板を配置して前記入出力リードと前記中継配線板とを電気的に接続する工程と
を具備することを特徴とする、3次元モジュールの製造方法。 - 導電性部材を配置する前記工程は、前記第1および第2のモジュール配線板の前記電気的接続用ランドパターンのいずれかまたは両方の上にあらかじめフラックスを塗布し、前記塗布されたフラックスを介して前記導電性部材としての半田ボールを配置するものであり、
前記第1および第2のモジュール配線板を互いにほぼ平行に配置する前記工程は、前記配置された半田ボールをリフローさせることにより前記第1および第2のモジュール配線板が電気的接続されるようになされることを特徴とする請求項9記載の、3次元モジュールの製造方法。 - 縁部から外方向に入出力リードをそれぞれ備え、面上に電気的接続用ランドパターンをそれぞれ有する第1ないし第n(nは3以上の整数)のモジュール配線板を形成する工程と、
前記第1ないし第nのモジュール配線板のうちの隣り合う序数に係るモジュール配線板の前記電気的接続用ランドパターンのいずれかまたは両方の上に導電性部材を配置し、これを各序数について行なう工程と、
前記配置された導電性部材を介して前記第1ないし第nのモジュール配線板が積層的に対向して電気的接続されるように、前記第1ないし第nのモジュール配線板を前記序数に従い積層的に配置する工程と、
前記積層的に配置された第1ないし第nのモジュール配線板の前記入出力リードの方向とほぼ垂直の方向に中継配線板を配置して前記入出力リードと前記中継配線板とを電気的に接続する工程と
を具備することを特徴とする、3次元モジュールの製造方法。
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