JP2006286660A - 立体的電子回路装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】高密度実装と高接続信頼性を実現できる立体的電子回路装置を提供することを目的とする。
【解決手段】第1の回路基板20と第2の回路基板30が中継基板10を介して立体的に接続された構造である。ランド部70,80が曲面形状になっていることにより、応力集中が分散され、高い接続信頼性が得られる。さらにシールド電極170を中継基板10に面状に設けているので、不要輻射を抑制できる。
【選択図】図1

Description

本発明は、電子部品を実装した回路モジュール等をベース回路基板上に中継する立体的電子回路装置に関する。
近年、絶縁回路基板上に抵抗、コンデンサや半導体素子等を実装する電子回路装置においては、モバイル機器の高機能化と軽薄短小化が進む中で、平面的な電子回路装置では、接続ピッチの微細化や隣接の部品間の間隔縮小等により実装密度の向上をはかるには限界がある。そのために3次元的にモジュール回路基板を積層して高密度化がはかられている。
例えば、下記の(特許文献1)などには図10に示すように、表面実装部品330や半導体ベアチップ340等が実装されたモジュール回路基板350を、ベースプリント回路基板310に実装する場合には、スペーサ360が使用されている。スペーサ360は、上下両面をビアホール320で導通するとともに球状半田380,390を付けて構成されており、このスペーサ360をベースプリント回路基板310とモジュール回路基板350間に仮固定した状態で一括してリフロー半田付けされている。
また、下記の(特許文献2)などには図11に示すように、表面実装部品450や半導体ベアチップ460等が実装された電子回路基板410,430を上下に積層して実装する場合には、耐熱性弾性体400が使用されている。耐熱性弾性体400は、外周囲を導電性の物質でコーティングされており、この耐熱性弾性体400を一方の電子回路基板410の接続用ランド420に半田付けし、他方の電子回路基板430の接続用ランド440にクリップやボルト470等で圧着されている。
さらに、下記の(特許文献3)などには図12に示すように、ICパッケージ510と受動部品520,530を実装したモジュール用回路基板500を、マザーボード540に実装する場合には、接続用チップ550が使用されている。
また、上記以外にも一般的な接続部品であるコネクタを用いて接合する方法等もある。
また、モバイル機器は持ち運びして使用することが前提であり、落下衝撃時のショックに対しても強いことが望まれている。従来、樹脂成形体表面に形成された金属薄膜の密着性は強くはなく、そこで金属との密着性と機械的強度の両立を目的として下記の(特許文献4)などでは、無電解めっきを容易に行うことができる易めっき性プラスチックス材料を用いた射出成形により回路部分を形成し、次に成形体のめっき不要部分を機械強度が高いが難めっき性プラスチックス材料を二次成形し、化学粗化処理後、金属メッキ層を形成している。
また、下記の(特許文献5)では、プラスチックス材料の射出成形の条件や金型形状によって、成形時に表面に多数の微少凹部を形成し、工程数を増やすことなく、金属との密着性の向上を図っている。
特開2001−177235号公報 特開2001−267715号公報 特開平6−260736号公報
モバイル機器の高機能化と軽薄短小化が進む中で、平面的な電子回路装置では、接続ピッチの微細化や隣接の部品間の間隔縮小等により実装密度の向上をはかるには限界がある。そのために3次元的にモジュール回路基板を積層して高密度化がはかられている。特許文献1のスペーサ360および特許文献3の接続用チップ550は、ガラスエポキシ回路基板の上下面に形成されたランドと対応するランド間を接続する導電性ビアまたはビアホール320を介して3次元的に接続するものである。しかし、スペーサ360または接続用チップ550は対向するモジュール回路基板間を電気的、機械的に接続するものであり、それらには半導体素子等の電子部品は実装されていない。また、特許文献2の積層されたモジュール回路基板間の固定にクリップやボルト等を用いた場合、固定や接続部材の占有する面積が増加するため実装面積が減少する。また、モジュール回路基板間の接続端子数の増加により、モジュール回路基板の接続に占める接続コネクタの面積が増大している。
従って、モジュール回路基板間の接続面積の増大により実装密度を上げることができないという課題がある。さらに、上下の基板を接続するため、高い接続信頼性が必要となる。
本発明は、上記従来の課題を解決し、高密度実装と高接続信頼性を実現できる立体的電子回路装置を提供することを目的とする。
本発明の請求項1記載の立体的電子回路装置は、第1の回路基板と第2の回路基板を中継基板を介して接続した立体的電子回路装置であって、前記中継基板は、前記第1の回路基板と前記第2の回路基板とを接続するランド部が端面に形成されるとともに、前記ランド部を曲面形状にしたことを特徴とする。
本発明の請求項2記載の立体的電子回路装置は、請求項1において、前記中継基板の側面に電気的ノイズを遮蔽するためのシールド電極を形成したことを特徴とする。
本発明の請求項3記載の立体的電子回路装置は、請求項1において、前記中継基板の側面に電気的ノイズを遮蔽するためのシールド電極が形成され、このシールド電極に接続されるランド部の境界位置またはその近傍位置にはシールド電極のその他の部分よりも濡れ性の低い導電性のスリットを形成したことを特徴とする。
本発明の請求項4記載の立体的電子回路装置は、請求項1において、前記中継基板の側面に電気的ノイズを遮蔽するためのシールド電極が形成され、このシールド電極に接続されるランド部との接続をランド部よりも幅の狭い括れ部を形成して濡れ性を低下させたことを特徴とする。
本発明の請求項5記載の立体的電子回路装置は、請求項1において、前記中継基板の側面に電気的ノイズを遮蔽するためのシールド電極が形成され、このシールド電極に接続されるランド部との境界位置またはその近傍位置にシールド電極のその他の部分よりも中継基板の内側に窪んだ凹部を形成して濡れ性を低下させたことを特徴とする。
本発明の請求項6記載の立体的電子回路装置は、請求項1において、前記中継基板の側面に電気的ノイズを遮蔽するためのシールド電極が形成され、このシールド電極に接続されるランド部との境界位置またはその近傍位置にシールド電極のその他の部分よりも中継基板の外側に突出した凸部を形成して濡れ性を低下させたことを特徴とする。
本発明の請求項7記載の立体的電子回路装置は、請求項1において、前記中継基板の側面に電気的ノイズを遮蔽するためのシールド電極が形成され、このシールド電極に接続されるランド部との境界位置またはその近傍位置を波状形状部に形成して濡れ性を低下させたことを特徴とする。
本発明の請求項8記載の立体的電子回路装置は、請求項1〜請求項7の何れかにおいて、前記中継基板は、前記第1の回路基板と前記第2の回路基板とを接続するための接続配線と電子部品を搭載できる窪み部を有していることを特徴とする。
本発明の請求項9記載の立体的電子回路装置は、請求項1〜請求項8の何れかにおいて、前記ランド部を、蒲鉾状になった連続体に形成したことを特徴とする。
本発明の請求項10記載の中継基板は、第1の回路基板と第2の回路基板の接続に使用される中継基板であって、前記第1の回路基板と前記第2の回路基板とを接続するランド部が端面に形成されるとともに、前記ランド部を曲面形状にしたことを特徴とする。
本発明の請求項11記載の中継基板は、請求項10において、電気的ノイズを遮蔽するためのシールド電極を側面に形成したことを特徴とする。
本発明の請求項12記載の中継基板は、請求項10において、電気的ノイズを遮蔽するためのシールド電極が側面に形成され、このシールド電極に接続されるランド部の境界位置またはその近傍位置にはシールド電極のその他の部分よりも濡れ性の低い導電性のスリットを形成したことを特徴とする。
本発明の請求項13記載の中継基板は、 請求項10において、電気的ノイズを遮蔽するためのシールド電極が側面に形成され、このシールド電極に接続されるランド部との接続をランド部よりも幅の狭い括れ部を形成して濡れ性を低下させたことを特徴とする。
本発明の請求項14記載の中継基板は、請求項10において、電気的ノイズを遮蔽するためのシールド電極が側面に形成され、このシールド電極に接続されるランド部との境界位置またはその近傍位置にシールド電極のその他の部分よりも内側に窪んだ凹部を形成して濡れ性を低下させたことを特徴とする。
本発明の請求項15記載の中継基板は、請求項10において、電気的ノイズを遮蔽するためのシールド電極が側面に形成され、このシールド電極に接続されるランド部との境界位置またはその近傍位置にシールド電極のその他の部分よりも外側に突出した凸部を形成して濡れ性を低下させたことを特徴とする。
本発明の請求項16記載の中継基板は、請求項10において、電気的ノイズを遮蔽するためのシールド電極が側面に形成され、このシールド電極に接続されるランド部との境界位置またはその近傍位置を波状形状部に形成して濡れ性を低下させたことを特徴とする。
本発明の請求項17記載の中継基板は、請求項10〜請求項16の何れかにおいて、第1の回路基板と第2の回路基板とを接続するための接続配線と電子部品を搭載できる窪み部を有していることを特徴とする。
本発明の請求項18記載の中継基板は、請求項10〜請求項17の何れかにおいて、前記ランド部を、蒲鉾状になった連続状に形成したことを特徴とする。
この構成によると、第1の回路基板と第2の回路基板を中継基板を介して接続した立体的電子回路装置であって、前記中継基板は、前記第1の回路基板と前記第2の回路基板とを接続するランド部が端面に形成されるとともに、前記ランド部を曲面形状にしたため、回路基板間の接続面積を確保しながら高密度実装を実現でき、不要輻射ノイズを減らすことができる。
さらに、ランド部を曲面形状にすることで、応力集中分散を防ぐことができ、高い接続信頼性も実現できる。
さらに、中継基板や中継枠に電子部品も搭載できる窪み部を設けることで、第1の回路基板または第2の回路基板に実装した他の電子部品と中継基板や中継枠に搭載した電子部品とを最短距離で電気的に接続することができ、立体的電子回路装置の周波数特性が向上する。
以下、本発明の各実施の形態を図1〜図9に基づいて説明する。
(実施の形態1)
図1と図2は、本発明の(実施の形態1)に係る立体的電子回路装置を示す。
図1に示すようにこの立体的電子回路装置は、第1の回路基板20と第2の回路基板30が中継基板10により接続部材40を介して電気的、機械的に接続される3次元接続構造である。
図2は中継基板10の斜視図を示し、図1は図2のA−A’からみた断面図である。
つまり、中継基板10は、絶縁性の外周壁10aを有する枠型で、外周壁10aの上面10bと下面10cには、第1の回路基板20と第2の回路基板30とを接続するランド部70が設けられている。このランド部70は、何れも曲面形状、具体的には蒲鉾状になった連続体で、外周壁10aの上面10bの連続体の上から外周壁10aの内面10dを経て下面10cの連続体の上にかけて複数の第1の配線140が形成されている。第1の回路基板20の電極90と外周壁10aの上面10bの第1の配線140とは、半田ボール、マイクロコネクタ、ヒートシールコネクタ、異方導電性フィルムや半田バンプ等の接続部材40を介して接合されている。第2の回路基板30の電極90と外周壁10aの下面10cの第1の配線140も接続部材40を介して接合されている。
外周壁10aの上面10bの各ランド部70を中央にしてその両側には、シールド配線用のランド80が設けられている。外周壁10aの下面10cの各ランド部70を中央にしてその両側にもシールド配線用のランド80が設けられている。このランド80は全面が電極81で覆われている。
さらに、中継基板10の外周壁10aの外面には、外周壁10aを取り巻くようにシールド電極170が形成されており、このシールド電極170は前記ランド80に接続されている。なお、接続部材40による接合時に第1の配線140とシールド電極170との間がブリッジして導通しないように、ランド部70に対応して外周壁10aのシールド電極170の中央が両側よりも細く形成されて、ランド部70とシールド電極170の中央との間には中継基板10の基材が露出した露出部71が形成されている。
第1の回路基板20と第2の回路基板30は、電極90、導電性ビア100と絶縁基材95から構成される、または、さらに他の電子部品110,120を実装して構成される両面基板または多層配線基板である。各電子部品110,120の電極は半田または導電性接着剤等の接続部材130により、それぞれの対応する電極と電気的に接続されている。ここで、各電子部品110,120は、IC、LSI等の半導体素子や抵抗、コンデンサ、インダクタ等の一般の受動部品である。また、ベアチップ形状の電子部品をフリップチップ実装またはワイヤボンディング接続で実装することも可能である。
なお、第1の回路基板20や第2の回路基板30には、一般の樹脂基板や無機基板を用いることができる。特に、ガラスエポキシ基板やアラミド基材を用いた基板やビルドアップ基板、ガラスセラミック基板、アルミナ基板等が好ましい。中継基板10は、一般の熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂等を用いる。熱可塑性樹脂の場合、射出成形や加工によって所望の形状に成型することが可能である。また、熱硬化性樹脂の場合、硬化物を切削加工することで所望の形状にすることができる。熱可塑性樹脂としてはPPA(ポリフタルアミド)、PPS(エンプラ)、PBT、エステル系樹脂、LCP(液晶ポリマー)、熱硬化性樹脂としては通常のエポキシ樹脂等を用いることが好ましい。中継基板10にヤング率の小さい樹脂材料を用いることにより、第1の回路基板20と第2の回路基板30の間の熱膨張係数の差によって生じる応力を緩和することができる。
ここではシールド電極170が中継基板10の外面に設けられているが、場合によっては中継基板10の内面10dに設けられることもある。また、ランド70はランド部80に挟まれて存在している方がシールド効果は高くなる。そして、面状にしていることで、電子部品110等からの不要輻射を抑制する効果が一層高められる。さらに、ランド部70,80が曲面形状になっていることにより、応力集中が分散され、高い接続信頼性が得られる。
中継基板10の第1の配線140の立体配線は、導電性ペーストを用いた印刷法や基板面に貼り付けられた金属箔または基板面に析出させたメッキ層をレーザー加工する等の方法で作製される。立体配線材料としてはAg、Sn、Zn、Pd、Bi、Ni、Au、Cu、C、Pt、Fe、Ti、Pbなどの金属が用いられる。
上記の3次元接続構造の立体的電子回路装置により、中継基板10にシールド電極170を形成できるため回路基板間の接続面積を確保しながら高密度実装を実現できる。さらに、第1の回路基板20と第2の回路基板30を接続する必要がなければ、第1の配線140、ビアホールやランド部70を形成しなくてもよい。なお、第1の回路基板20には、他の電子部品110を実装せず、配線基板だけであってもよい。
(実施の形態2)
図3は本発明の(実施の形態2)を示す。
(実施の形態1)では中継基板10は枠型で内面10dには隔壁が設けられていなかったが、図3では隔壁10eを設けて外周壁10aの内側に窪み部16を形成し、電子部品50が窪み部16に搭載されている。この場合は電子部品50からの第2の配線60がランド部70の位置まで延設され、第1の回路基板20と第2の回路基板30とそれぞれ接続される。
また、接続強度や信頼性確保のために、窪み部16において各電子部品50、110、120や窪み部16をモールド樹脂でモールドする構成としてもよい。さらに、中継基板10の側面にも窪み部を設けて電子部品を実装することもできる。その他は図1,図2に示した(実施の形態1)と同じである。
(実施の形態3)
図4は本発明の(実施の形態3)を示す。
(実施の形態1)では中継基板10におけるランド部80とシールド電極170とは単に同じ材質で接続されているだけであったが、この(実施の形態3)では、ランド部80とシールド電極170との境界位置またはその近傍位置にはシールド電極170のその他の部分よりも濡れ性の低い導電性のスリット220を入れて、接続部材40がシールド電極170に濡れ広がってくるのを防ぐよう構成されている。
具体的には、スリット220とは電極すべてを除去するものではなく、電極材質としてCu(銅)の上にNi(ニッケル)を下地としてAu(金)をつけた場合、レーザーの出力を調整することにより、Auだけをスリット220の範囲内だけ飛ばすことによって形成されている。
これにより、接続部材40が界面から流出して接続部の信頼性が損なわれるのを防ぐことができる。このスリット220は、また、これは図3で同じことを実施しても同様のことが言える。
(実施の形態4)
図5は本発明の(実施の形態4)を示す。
(実施の形態1)では中継基板10におけるランド部80とシールド電極170とは単に同じ材質で接続されているだけであったが、この(実施の形態4)では、ランド部80とシールド電極170との境界位置またはその近傍位置に、電極を全部除去してランド部80よりも幅の狭い括れ部221を形成して濡れ性を低下させ、接続部材40がシールド電極170に濡れ広がってくるのを防ぐよう構成されている。また、これは図3で同じことを実施しても同様のことが言える。
(実施の形態5)
図6は本発明の(実施の形態5)を示す。
(実施の形態1)では中継基板10におけるランド部80とシールド電極170とは単に同じ材質で接続されているだけであったが、この(実施の形態5)では、ランド部80とシールド電極170との境界位置またはその近傍位置が、シールド電極170のその他の部分よりも中継基板10の内側に窪んだ凹部230になっており、接続部材40が側面電極に濡れ広がってくるのを防ぐ。
これにより、接続部材40が界面から流出することで、接続部の信頼性が損なわれるのを防ぐことができる。また、これは図3で同じことを実施しても同様のことが言える。
(実施の形態6)
図7は本発明の(実施の形態6)を示す。
(実施の形態1)では中継基板10におけるランド部80とシールド電極170とは単に同じ材質で接続されているだけであったが、この(実施の形態5)では、ランド部80とシールド電極170との境界位置またはその近傍位置に、シールド電極170のその他の部分よりも中継基板10の外側に突出した凸部240を形成して構成されており、接続部材40が側面電極に濡れ広がってくるのを防ぐ。
これにより、接続部材40が界面から流出して、接続部の信頼性が損なわれるのを防ぐことができる。また、これは図3で同じことを実施しても同様のことが言える。
(実施の形態7)
図8は本発明の(実施の形態7)を示す。
(実施の形態1)では中継基板10におけるランド部80とシールド電極170とは単に同じ材質で接続されているだけであったが、この(実施の形態5)では、ランド部80とシールド電極170との境界位置またはその近傍位置に、波状形状部250を形成して接続部材40が側面電極に濡れ広がってくるのを防ぐ。
これにより、接続部材40が界面から流出して、接続部の信頼性が損なわれるのを防ぐことができる。また、これは図3で同じことを実施しても同様のことが言える。
なお、本発明の各実施の形態では、中継基板10の上下面に第1の回路基板20と第2の回路基板30を配置する構成で述べたが、これに限られず、図9に示すように第1の回路基板20と第2の回路基板30を中継基板Rで中継して略L字形状に連結するような場合を挙げることができる。
また、本発明で述べた各実施の形態は、相互に適用できることはいうまでもなく、また、これらの実施の形態に限定されるものでもない。具体的には、(実施の形態3)で説明したスリット220を、(実施の形態4)の括れ部221の電極材料のAuだけを飛ばすことによって形成することによってより効果的である。また、(実施の形態5)の凹部230の電極材料のAuだけを飛ばすことによって形成することによってより効果的である。また、(実施の形態6)の凸部240の電極材料のAuだけを飛ばすことによって形成することによってより効果的である。また、(実施の形態7)の波形形状部250の電極材料のAuだけを飛ばすことによって形成することによってより効果的である。
本発明の立体的電子回路装置は、第1の回路基板と第2の回路基板を中継基板または中継枠を介して接続する3次元接続構造であり、回路基板間を接合すると共に高密度実装を実現できる。また、高い接続信頼性が得られる。そのため、高機能、多機能でコンパクト化が要望される携帯電話機等をはじめとする各種のモバイル機器に広く利用できる。
本発明の実施の形態1に係る立体的電子回路装置の断面図 同実施の形態の中継基板の斜視図 本発明の実施の形態2に係る立体的電子回路装置の断面図 本発明の実施の形態3に係る立体的電子回路装置の断面図 本発明の実施の形態4に係る中継基板の斜視図 本発明の実施の形態5に係る立体的電子回路装置の要部断面図 本発明の実施の形態6に係る立体的電子回路装置の要部断面図 本発明の実施の形態7に係る中継基板の要部斜視図 本発明の具体例を示す斜視図 第1の従来例の断面図 第2の従来例の断面図 第3の従来例の断面図
符号の説明
10 中継基板
16 窪み部
20 第1の回路基板
30 第2の回路基板
60 第2の配線
70,80 ランド部
95 絶縁基材
140 第1の配線
170 シールド電極
220 スリット
221 括れ部
230 凹部(電極)
240 凸部(電極)
250 波状形状部(電極)

Claims (18)

  1. 第1の回路基板と第2の回路基板を中継基板を介して接続した立体的電子回路装置であって、
    前記中継基板は、前記第1の回路基板と前記第2の回路基板とを接続するランド部が端面に形成されるとともに、前記ランド部を曲面形状にした
    立体的電子回路装置。
  2. 前記中継基板の側面に電気的ノイズを遮蔽するためのシールド電極を形成した
    請求項1に記載の立体的電子回路装置。
  3. 前記中継基板の側面に電気的ノイズを遮蔽するためのシールド電極が形成され、このシールド電極に接続されるランド部の境界位置またはその近傍位置にはシールド電極のその他の部分よりも濡れ性の低い導電性のスリットを形成した
    請求項1に記載の立体的電子回路装置。
  4. 前記中継基板の側面に電気的ノイズを遮蔽するためのシールド電極が形成され、このシールド電極に接続されるランド部との接続をランド部よりも幅の狭い括れ部を形成して濡れ性を低下させた
    請求項1に記載の立体的電子回路装置。
  5. 前記中継基板の側面に電気的ノイズを遮蔽するためのシールド電極が形成され、このシールド電極に接続されるランド部との境界位置またはその近傍位置にシールド電極のその他の部分よりも中継基板の内側に窪んだ凹部を形成して濡れ性を低下させた
    請求項1に記載の立体的電子回路装置。
  6. 前記中継基板の側面に電気的ノイズを遮蔽するためのシールド電極が形成され、このシールド電極に接続されるランド部との境界位置またはその近傍位置にシールド電極のその他の部分よりも中継基板の外側に突出した凸部を形成して濡れ性を低下させた
    請求項1に記載の立体的電子回路装置。
  7. 前記中継基板の側面に電気的ノイズを遮蔽するためのシールド電極が形成され、このシールド電極に接続されるランド部との境界位置またはその近傍位置を波状形状部に形成して濡れ性を低下させた
    請求項1に記載の立体的電子回路装置。
  8. 前記中継基板は、前記第1の回路基板と前記第2の回路基板とを接続するための接続配線と電子部品を搭載できる窪み部を有している
    請求項1〜請求項7の何れかに記載の立体的電子回路装置。
  9. 前記ランド部を、蒲鉾状になった連続体に形成した
    請求項1〜請求項8の何れかに記載の立体的電子回路装置。
  10. 第1の回路基板と第2の回路基板の接続に使用される中継基板であって、
    前記第1の回路基板と前記第2の回路基板とを接続するランド部が端面に形成されるとともに、前記ランド部を曲面形状にした
    中継基板。
  11. 電気的ノイズを遮蔽するためのシールド電極を側面に形成した
    請求項10に記載の中継基板。
  12. 電気的ノイズを遮蔽するためのシールド電極が側面に形成され、このシールド電極に接続されるランド部の境界位置またはその近傍位置にはシールド電極のその他の部分よりも濡れ性の低い導電性のスリットを形成した
    請求項10に記載の中継基板。
  13. 電気的ノイズを遮蔽するためのシールド電極が側面に形成され、このシールド電極に接続されるランド部との接続をランド部よりも幅の狭い括れ部を形成して濡れ性を低下させた
    請求項10に記載の中継基板。
  14. 電気的ノイズを遮蔽するためのシールド電極が側面に形成され、このシールド電極に接続されるランド部との境界位置またはその近傍位置にシールド電極のその他の部分よりも内側に窪んだ凹部を形成して濡れ性を低下させた
    請求項10に記載の中継基板。
  15. 電気的ノイズを遮蔽するためのシールド電極が側面に形成され、このシールド電極に接続されるランド部との境界位置またはその近傍位置にシールド電極のその他の部分よりも外側に突出した凸部を形成して濡れ性を低下させた
    請求項10に記載の中継基板。
  16. 電気的ノイズを遮蔽するためのシールド電極が側面に形成され、このシールド電極に接続されるランド部との境界位置またはその近傍位置を波状形状部に形成して濡れ性を低下させた
    請求項10に記載の中継基板。
  17. 第1の回路基板と第2の回路基板とを接続するための接続配線と電子部品を搭載できる窪み部を有している
    請求項10〜請求項16の何れかに記載の中継基板。
  18. 前記ランド部を、蒲鉾状になった連続状に形成した
    請求項10〜請求項17の何れかに記載の中継基板。
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