JP2008103399A - 電子基板、その製造方法および電子機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基体10上にインダクタ素子40を備えた電子基板1であって、相手側部材との接続に使用される接続端子と基体10との間に設けられ、基体10と相手側部材との応力差を緩和する応力緩和層を備え、インダクタ素子40のコア42は第2磁性層31で形成されるとともに、インダクタ素子40の周囲は磁性層35,31,36で覆われ、さらに、インダクタ素子40の隣接する巻き線41の隙間には樹脂層37,38が形成されている。
【選択図】図2
Description
この構成によれば、接続端子と基体との間に応力緩和層を設けたので、相手側部材との応力差に起因する電子基板の変形等を防止することが可能になり、電子基板の信頼性を向上させることができる。また、インダクタ素子のコアを磁性体材料で形成し、さらにインダクタ素子の周囲も磁性体材料で覆われて閉磁路が形成されるため、磁束密度を増加させ、インダクタ素子のインダクタンス値およびQ値を向上させることができる。したがって、電子基板の電気的特性を向上させることができる。
そして、インダクタ素子の隣接する巻き線の隙間に非磁性材料が充填されたため、巻き線の隙間で磁力線が相殺されることを抑制し、磁性体材料の内部に磁力線を集中させることができる。
また前記磁性体材料は、アモルファス金属であってもよい。
これらの構成によれば、磁性体材料を低コストで導入することができる。
この構成によれば、非磁性材料を低コストで導入することができる。
この構成によれば、磁束が閉ループを構成するため、高効率のインダクタ素子を形成することができる。
この構成によれば、非磁性材料の外側においてインダクタ素子を覆う磁性体材料に、より磁力線を集中させることができる。
この構成によれば、薄型で高効率のインダクタ素子を形成することができる。
この構成によれば、非磁性材料の外側においてインダクタ素子を覆う磁性体材料に、より磁力線を集中させることができる。
この構成によれば、多くの磁束を発生させることができるので、インダクタンス値およびQ値の高いインダクタ素子を形成することができる。
この構成によれば、基体とインダクタ素子との距離を確保することができるので、基体と磁束との干渉によって発生する漏れ電流を抑制することが可能になり、インダクタ素子のQ値を向上させることができる。したがって、電子基板の電気的特性を向上させることができる。
この構成によれば、インダクタ素子の上方に応力緩和層を介して接続端子を配置することが可能になる。これにより、電子基板を省スペース化して小型化することができる。
この構成によれば、電子基板で発生した熱を迅速に外部に放出することが可能になる。
したがって、電子基板の温度上昇を抑制することができる。
金属微粒子を分散させることにより、接着剤の熱伝導率が高くなるので、電子基板で発生した熱を迅速に外部に放出することが可能になる。したがって、電子基板の温度上昇を抑制することができる。
前記巻き線の隙間に非磁性層を形成する工程と、前記巻き線を覆うように第2磁性層を形成する工程と、を備え、前記巻き線を形成する工程において、前記再配置配線を形成することを特徴とする。
この構成によれば、渦巻き状の巻き線と再配置配線を同時に形成することで、製造工程を簡略化して製造コストを低減することができる。
この構成によれば、多くの磁束を発生させることができるので、インダクタンス値およびQ値の高いインダクタ素子を形成することができる。
この構成によれば、非磁性層の外側においてスパイラルインダクタ素子を覆う磁性層に、より磁力線を集中させることができるので、インダクタンス値およびQ値の高いインダクタ素子を形成することができる。
この構成によれば、電気的特性に優れた小型の電子基板を備えているので、電気的特性に優れた小型の電子機器を提供することができる。
(第1実施形態)
図1は電子基板の説明図であり、図1(a)は平面図であり、図1(b)は図1(a)のB−B線における側面断面図である。なお図1(a)では、後述するソルダーレジストおよび放熱部材、第1磁性層、第3磁性層、各樹脂層の記載を省略している。図1(a)に示すように、本実施形態に係る電子基板1は、例えばICやLSI等の集積回路のベアチップであり、基体10の表面上にインダクタ素子40を備えている。
その電子回路は、少なくとも配線パターンが形成されており、複数のパッシブコンポーネント(部品)や複数のトランジスタ、複数の薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor;TFT)等の半導体素子や、それらを相互に接続する配線等によって構成されている。その電子回路を保護するため、基体10の表面には、SiN等の電気絶縁性材料からなるパッシベーション膜8が形成されている。一方、基体10の表面周縁部や中央部には、電子回路を外部に電気的接続するための電極62が形成されている。
図1(a)に示す電子基板1は、基体10上にインダクタ素子40を備えている。
図2はインダクタ素子の説明図であり、図2(a)は平面図であり、図2(b)は図2(a)のC−C線における側面断面図である。なお図2(a)では、後述するソルダーレジストおよび放熱部材の記載を省略している。図2(a)に示すように、このインダクタ素子40は、第2磁性層31により形成されたリング状のコア42と、そのコア42の周りに形成されたらせん状の巻き線41とを備えている。その巻き線41は、第2磁性層31の裏面に配置された第1配線12および第2磁性層31の表面に配置された第2配線22によって構成されている。
その磁性体材料としてフェライトを採用することにより、磁性体材料を低コストで導入することができる。フェライトは、Fe2O3を主成分とし、2価の金属酸化物との複合酸化物の総称である。後述するようにフェライトは、第1金属であるFeと、第2金属であるMnやCo、Ni等とを、酸化することによって得ることができる。なおスピネル型フェライト(MFe2O4)は軟質磁性材料として、マグネトプランバイト型フェライト(MFe12O19)は永久磁石として、ガーネット型フェライト(MFe5O12;M=Y,Sm、Gd,Dy,Ho,Er,Yb)はマイクロ波用材料としてサーキュレータ、アイソレータ等に用いられる。フェライトは、酸化物であるため表面が絶縁状態であるから、後述するコイルパターンをその直上に形成することができる。鉄などの磁性金属層で第1磁性層35を形成する場合は、その表面を酸化したり、絶縁性の樹脂を被着させる等の絶縁処理を施すことが好ましい。また、磁性層はFe系などに代表される透磁率の高いアモルファス金属層でも良い。
この第1配線12は、銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)、チタン(Ti)、タングステン(W)、チタンタングステン(TiW)、窒化チタン(TiN)、ニッケル(Ni)、ニッケルバナジウム(NiV)、クロム(Cr)、アルミニウム(Al)、パラジウム(Pd)等の導電性材料で形成されている。なおインダクタ素子40の巻き線41として必要な抵抗レンジや耐許容電流値等の特性に応じて、第1配線12の構成材料を適宜選択することができる。なお電解メッキ法により第1配線12を形成する場合には、第1配線12は下地層の表面に形成されるが、図2(b)では下地層の記載を省略している。
なお内側貫通孔33および外側貫通孔34の開口形状は、扇型や長方形、長円形、楕円形等に形成すればよい。また複数の内側貫通孔33および/または複数の外側貫通孔34をそれぞれ連結して、リング状の貫通孔を形成してもよい。
図3に示すように、基体10上のインダクタ素子40は、各磁性層35,31,36によって取り囲まれ、外部から遮蔽された閉磁路が形成されている。そのため、インダクタ素子40に流れる電流(図3中二点鎖線の矢印)により、図3の紙面に対して垂直方向に生じる磁界100が、透磁率の高い磁性層35,31,36の内部を主に通る。
図1(b)に示すように、本実施形態に係る電子基板1は、相手側部材との接続に使用される接続端子63と、基体10と相手側部材との応力差を緩和する応力緩和層30とを備えている。また、基体10の周囲が高熱伝導率の放熱部材72で覆われている。
図6は、第1実施形態に係る電子基板の実装構造の説明図であり、図1のA−A線に相当する部分における断面図である。図6に示すように、本実施形態に係る電子基板1は、相手側部材90に実装して使用する。この相手側部材90の表面には、配線パターン(不図示)およびランド92,94が形成されている。そのランド92,94の表面には、ハンダボール93,95が形成されている。本実施例では、はんだ接合方法についての説明を述べたが、ハンダボール93,95の代わりに、例えば銀ペーストなどの接着接合工法など、他の公知の実装方法を用いても良い。
次に、第1実施形態に係る電子基板の製造方法について説明する。
図7および図8は、第1実施形態に係る電子基板の製造方法の工程図であり、図1のA−A線に相当する部分における断面図である。なお電子基板の製造には、W−CSP技術を利用する。すなわち、ウエハに対し一括して以下の各工程を行い、最後に個々の電子基板に分離する。
まず図7(a)に示すように、ウエハ10aのパッシベーション膜8の表面に、第1磁性層35を形成する。
ここでは、フェライトからなる第1磁性層35の形成方法を例にして説明する。
まず、ウエハ10aの表面全体に金属膜を形成する。この金属膜は、第1金属であるFeと、第2金属であるMnやCo、Ni等で構成する。金属膜の形成は、電解めっき法または無電解めっき法等を用いて行うことが可能である。第1金属および第2金属を同時に析出させれば、両者が混合された金属膜を形成することが可能であり、第1金属および第2金属を交互に析出させれば、第1金属および第2金属が交互に積層された金属膜を形成することが可能である。第1金属と第2金属との割合は、例えば1:1とすればよい。なお第2金属として、MnやCo、Ni等のうち1種類の金属のみを採用するのではなく、2種類以上の金属を採用してもよい。
具体的には、まず第1磁性層35および第1配線12の表面全体に第1樹脂層37となる感光性樹脂を液滴吐出法やスピンコート法等により塗布する。次に、露光および現像することにより、第1樹脂層37を形成すべき領域、つまり隣接する第1配線12間のスペースに感光性樹脂を残して、他の領域の感光性樹脂を除去する。さらにエッチングを行い、パターニングされた第1樹脂層37を第1配線12と同膜厚に平坦化してもよい。
なお、この第1樹脂層37の形成工程と同時に、後述する応力緩和層30を形成してもよい。
具体的には、第1配線12および第1磁性層35の表面に、上述した第1磁性層35の形成方法と同様に第2磁性層31を形成する。次に、上述した内側貫通孔および外側貫通孔を形成することにより、第1配線の端部を露出させつつ第1配線の中央部を覆うように第2磁性層31を形成する。次に、第2磁性層31の平面形状をパターニングする。その際、インダクタ素子の形成領域の近傍のみに第2磁性層31を残して、それ以外の領域の第2磁性層31を除去する。ここで、巻き線の形成領域の内側の第2磁性層31も除去し、円形の孔51(図2(a)参照)を形成する。もちろん、第2磁性層31は前述したフェライト以外の物質で形成しても良い。
具体的には、まず第1磁性層35および第2配線22の表面全体に第2樹脂層38となる感光性樹脂を液滴吐出法やスピンコート法等により塗布する。次に、露光および現像することにより、第2樹脂層38を形成すべき領域、つまり隣接する第2配線22間のスペースに感光性樹脂を残して、他の領域の感光性樹脂を除去する。さらにエッチングを行い、パターニングされた第2樹脂層38を第2配線22と同膜厚に平坦化してもよい。
なお、この第2樹脂層38の形成工程と同時に、前述した中央樹脂層50を形成してもよい。
具体的には、第2磁性層31の表面に、上述した第1磁性層35および第2磁性層31の形成方法と同様に第3磁性層36を形成する。その際、インダクタ素子の形成領域の近傍のみに第3磁性層36を残して、それ以外の領域の第3磁性層36は除去するようにパターニングする。ここで、巻き線の形成領域の内側の第3磁性層36も除去し、円形の孔51(図2(a)参照)を形成する。第3磁性層36のパターニングは、上述した第2磁性層35および第2磁性層31の形成方法と同様に、ウエットエッチング、またはドライエッチングを用いて行うことが可能である。
以上により、所定パターンの第3磁性層36が形成される。もちろん、第3磁性層36は前述したフェライト以外の物質で形成してもよい。
次に図8(b)に示すように、その開口部の内側における接続端子63の表面に、バンプ78を形成する。
ここで、ウエハ10aから個々の電子基板1を分離する。電子基板1の分離は、ダイシング等によって行うことができる。
次に図8(d)に示すように、放熱部材72を装着する。まず、銅板を箱状にプレス成型して放熱部材72を形成する。次に、その放熱部材72の内側に基体10を挿入し、放熱部材72の底面と基体10の裏面とを接着剤71により固着する。
以上により、本実施形態に係る電子基板1が完成する。
なお、中央樹脂層50を形成しない構成としてもよい。この場合には、巻き線の中心軸の周囲に孔51を形成することなく、磁性層35,31,36を残留させることになる。
図9は、第1実施形態の第1変形例に係る電子基板の説明図であり、図1のA−A線に相当する部分における断面図である。図9に示すように、第1変形例に係る電子基板は、インダクタ素子40と基体10との間に、応力緩和層30が延設されたものである。
これにより、シリコンとの磁束の干渉によって発生する漏れ電流を抑制することが可能になり、インダクタ素子のQ値を向上させることができる。したがって、インダクタ素子40の電気的特性を向上させることができる。
図10は、第1実施形態の第2変形例に係る電子基板の説明図であり、図1のA−A線に相当する部分における断面図である。図10に示すように、第2変形例に係る電子基板は、インダクタ素子40を挟んで基体10の反対側に、応力緩和層30が形成されたものである。
なお、第1変形例の構成および第2変形例の構成を同時に採用することも可能である。
図11はインダクタ素子の変形例の説明図であり、図11(a)は平面図であり、図11(b)は図11(a)のD−D線における断面図である。第1実施形態ではリング状のコアを有する立体型インダクタ素子(トロイダルインダクタ素子)を採用したが、これに代えて、図11(a)に示す直線状のコアを有する立体型インダクタ素子140を採用することも可能である。
さらに、隣接する各第1配線12間のスペースには、非磁性材料層が形成されている。非磁性材料層として、感光性樹脂からなる第1樹脂層37が形成されている。この第1樹脂層37は、第1実施形態と同等の材料により、第1実施形態と同様の方法で形成されている。
さらに、隣接する各第2配線22間のスペースには、非磁性材料層が形成されている。非磁性材料層として、感光性樹脂からなる第2樹脂層38が形成されている。この第2樹脂層38は、第1実施形態と同等の材料により、第1実施形態と同様の方法で形成されている。この第2樹脂層38は、隣接する第1樹脂層37のうち、一方の第1樹脂層37の内側端部と、他方の第1樹脂層37の外側端部とを連結するように形成されている。これにより、隣接する巻き線41の隙間の全てに第1樹脂層37及び第2樹脂層38が形成されることになる。
図12はインダクタ素子の第2実施形態の説明図であり、図12(a)は平面図であり、図12(b)は図12(a)のE−E線における断面図である。第1実施形態および上記第3変形例では立体型インダクタ素子を採用したが、これに代えて、図12(a)に示す平面型インダクタ素子(スパイラルインダクタ素子)240を採用することも可能である。
次に、第2実施形態に係るインダクタ素子の製造方法について説明する。なお第1実施形態と同様となる部分については、その詳細な説明を省略する。
図13および図14は、本実施形態に係る電子基板の製造方法の工程図であり、図12のE−E線に相当する部分における断面図である。なお電子基板の製造には、W−CSP技術を利用する。すなわち、ウエハに対し一括して以下の各工程を行い、最後に個々の電子基板に分離する。
次に、ウエハ10aの表面に所定形状の応力緩和層30(図1参照)を形成する。
ここで、この樹脂層39の形成工程において、樹脂層39と同時に第1磁性層32の孔32aに中央樹脂層50を形成する。
以上により、本実施形態に係るインダクタ素子240をウエハ10a上に形成できる。
なお、巻き線41の中央に形成された第1磁性層32の孔32aに、中央樹脂層50を形成せずに、第2磁性層53を残留させる構成としてもよい。
図15は図12に示した平面型インダクタ素子240の変形例の断面図である。上記第2実施形態では基体10上に単層の平面型インダクタ素子240を設け電子基板を構成したが、第1変形例では、基体10上に2層のインダクタ素子(スパイラルインダクタ素子)240A,240Bを積層形成する。
巻き線41A、41Bは、平面視で重なるように形成されている。また、巻き線41Bは、図示しない電極により、基体10の電子回路に接続されている。
次に、第1変形例に係るインダクタ素子の製造方法について、図16を用いるとともに、図13を援用して説明する。なお、第1実施形態または第2実施形態と同様となる部分については、その詳細な説明を省略する。
図16は、第1変形例に係る電子基板の製造方法の工程図であり、図12(a)のE−E線に相当する部分における断面図である。なお電子基板の製造には、W−CSP技術を利用する。すなわち、ウエハに対し一括して以下の各工程を行い、最後に個々の電子基板に分離する。
ここで、この第1樹脂層39Aの形成工程と同時に、第1磁性層32の孔32aに中央樹脂層50を形成する。
次に、図16(c)に示すように、巻き線41Bの配線間にも第2樹脂層39Bを巻き線41Bと同膜厚に形成する。さらに、図16(d)に示すように、インダクタ素子240A,240Bを覆うように第2磁性層53を形成する。
以上により、本変形例に係るインダクタ素子240A,240Bをウエハ10a上に形成できる。
なお、巻き線の中央に形成された第1磁性層32の孔32aに、中央樹脂層50を形成せずに、第2磁性層53を残留させる構成としてもよい。
次に、上述した電子基板を備えた電子機器の例について説明する。
図17は、携帯電話の斜視図である。上述した電子基板は、携帯電話300の筐体内部に配置されている。この構成によれば、電気的特性に優れた小型の電子基板を備えているので、電気的特性に優れた小型の携帯電話を提供することができる。
Claims (17)
- 基体上にインダクタ素子を備えた電子基板であって、
相手側部材との接続に使用される接続端子と前記基体との間に設けられ、前記基体と前記相手側部材との応力差を緩和する応力緩和層を備え、
前記インダクタ素子のコアは磁性体材料で形成されるとともに、前記インダクタ素子の周囲は磁性体材料で覆われ、
さらに、前記インダクタ素子の隣接する巻き線の隙間には非磁性材料が充填されていることを特徴とする電子基板。 - 前記磁性体材料は、フェライトであることを特徴とする請求項1に記載の電子基板。
- 前記磁性体材料は、アモルファス金属であることを特徴とする請求項1に記載の電子基板。
- 前記非磁性材料は、樹脂であることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の電子基板。
- 前記インダクタ素子は、リング状のコアとらせん状の巻き線とを備えたトロイダルインダクタ素子であることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の電子基板。
- 前記トロイダルインダクタ素子における前記リング状のコアの中心軸の周囲に、非磁性材料が充填されていることを特徴とする請求項5に記載の電子基板。
- 前記インダクタ素子は、渦巻き状の巻き線が平面内に形成されたスパイラルインダクタ素子であることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の電子基板。
- 前記スパイラルインダクタ素子における前記渦巻き状の巻き線の中心軸の周囲に、非磁性材料が充填されていることを特徴とする請求項7に記載の電子基板。
- 前記渦巻き状の巻き線が、非磁性材料を間に挟んで複数層にわたって積層形成されていることを特徴とする請求項7又は請求項8に記載の電子基板。
- 前記応力緩和層は、前記基体と前記インダクタ素子との間に延設されていることを特徴とする請求項1ないし請求項9のいずれか1項に記載の電子基板。
- 前記応力緩和層は、前記インダクタ素子を挟んで前記基体の反対側に形成されていることを特徴とする請求項1ないし請求項10のいずれか1項に記載の電子基板。
- 前記基体の周囲の全部または一部が、前記基体より熱伝導率の高い材料からなる放熱部材で覆われていることを特徴とする請求項1ないし請求項11のいずれか1項に記載の電子基板。
- 前記放熱部材は、金属微粒子を分散させた接着剤を介して、前記基体に固着されていることを特徴とする請求項12に記載の電子基板。
- 電子回路の接続端子の再配置配線と、渦巻き状の巻き線を備えたスパイラルインダクタ素子とが、基体の表面に形成されてなる電子基板の製造方法であって、
前記基体上に第1磁性層を形成する工程と、
前記第1磁性層上に、前記巻き線を形成する工程と、
前記巻き線の隙間に非磁性層を形成する工程と、
前記巻き線を覆うように第2磁性層を形成する工程と、を備え、
前記巻き線を形成する工程において、前記再配置配線を形成することを特徴とする電子基板の製造方法。 - 前記巻き線の形成工程および前記非磁性層の形成工程を繰り返すことにより、
複数の前記巻き線を、非磁性層を間に挟んで積層形成することを特徴とする請求項14に記載の電子基板の製造方法。 - 前記巻き線の中心軸の周囲に、非磁性層を形成する工程を有することを特徴とする請求項14又は請求項15に記載の電子基板の製造方法。
- 請求項1ないし請求項13のいずれか1項に記載の電子基板を備えたことを特徴とする電子機器。
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