JP2011055018A - 電子装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明に係る電子装置は、基材を構成する少なくとも二面を結ぶように微細孔を配し、該微細孔に導電性物質を充填してなる貫通配線183を備え、かつ、前記貫通配線が、少なくとも一部に、前記基材の厚み方向とは異なる方向に延びる部分を有する貫通配線基板181A〜181Dを複数用い、互いの主面同士及び/又は側面同士を重ね合わせ、互いの貫通配線基板を構成する貫通配線183を電気的に接続してなる複合基板と、前記貫通配線基板における前記基材に実装された電子部品185A〜185Dと、を含む。
【選択図】図18
Description
(1)三次元実装において、積層するデバイスが異種デバイスである場合、デバイスごとに必要な電極の数や電極のピッチが異なるため、これらの差異を解消するための表面配線や配線基板(インターポーザー)が必要になる。
(2)SiPにおいて使用される貫通配線基板においても、基板上に搭載されるデバイスの電極ピッチと、マザーボード等に実装される際のバンプピッチとに大きな差異があるため、貫通配線基板上にこれらの差異を解消するための配線形成が必要となる。
(3)貫通配線を用いた三次元的な実装とはいえ、貫通電極は基本的に基板表裏を貫通するものであるため、隣り合う貫通配線基板間を電気的に接続する際には小型化等に制約がある。
本発明の請求項2に係る電子装置は、前記貫通配線基板における前記基材が、前記電子部品を内包してなることを特徴とする。
本発明の請求項3に係る電子装置は、請求項1又は2において、前記電子部品が、前記基材に設けられた空隙内に配されていることを特徴とする。
本発明の請求項4に係る電子装置は、前記電子部品と、前記貫通配線基板における前記貫通配線とが、電気的に接続されていることを特徴とする。
本発明の請求項5に係る電子装置は、請求項1乃至4のいずれか1項において、前記貫通配線基板における前記貫通配線の一端が前記基材の主面に、前記貫通配線の他端が前記基材の側面に、それぞれ露呈されてなることを特徴とする。
本発明の請求項6に係る電子装置は、請求項1乃至4のいずれか1項において、前記貫通配線基板における前記貫通配線の一端が前記基材の一方の主面に、前記貫通配線の他端が前記基材の他方の主面に、それぞれ露呈されてなることを特徴とする。
本発明の請求項7に係る電子装置は、請求項1乃至4のいずれか1項において、前記貫通配線基板における前記貫通配線が、前記基材内に分岐する部分を備えていることを特徴とする。
本発明の請求項8に係る電子装置は、請求項1乃至4のいずれか1項において、前記貫通配線基板における前記貫通配線の一端及び/又は他端が、接合する他の基板の電極に対応する位置に配されていることを特徴とする。
本発明の請求項9に係る電子装置は、請求項1乃至8のいずれか1項において、前記貫通配線基板における前記基材が、ガラスであることを特徴とする。
図1〜7は、本発明に係る貫通配線基板の一例を示す断面図である。各図面に示すように、本発明の貫通配線基板は何れも、基材を構成する少なくとも二面を結ぶように微細孔を配し、該微細孔に導電性物質を充填してなる貫通配線を備えた貫通配線基板であり、前記貫通配線は、少なくとも一部に、前記基材の厚み方向とは異なる方向に延びる部分を有するので、貫通配線はその一端を基材の一面に、他端を基材の(全ての)他面に、それぞれ露呈させる構成とすることができる。これにより、貫通配線を通じて基材を構成する、あらゆる面同士の間を電気的に接続可能となる。
具体的は、次の4つの形態が挙げられる。なお、各形態の説明において直線部と表現した貫通配線の箇所は、これ(直線状)に限定されるものではなく、例えば曲線状や屈曲状としても構わない。
第一の形態は、貫通配線の一端が基材の主面に、貫通配線の他端が基材の側面に、それぞれ露呈されてなる構成である。
図1に示すように、例えば貫通配線13が直線状をなし、貫通配線13自体が基材11の厚み方向(紙面の上下方向)とは異なる方向に延びている例が挙げられる。
図1(a)は貫通配線13の一端13αと他端13βがそれぞれ基材の一面(紙面の上面)11aと側面11cに露呈した場合を、図1(b)は貫通配線13の一端13αと他端13βがそれぞれ基材の他面(紙面の下面)11bと側面11cに露呈した場合を、各々示している。
図2(a)は貫通配線23をなす2つの直線部23a、23bが屈曲部24において接続されており、直線部23aは基材21の厚み方向に延びて紙面の上面21aに露呈する一端23αを、直線部23bは基材21の厚み方向と垂直をなす方向に延びて紙面の側面21cに露呈する他端23βを有する。
図2(b)は貫通配線23をなす2つの直線部23c、23dが屈曲部24において接続されており、直線部23cは基材21の厚み方向に延びて紙面の上面21aに露呈する一端23αを、直線部23dは基材21の厚み方向と傾斜をなす方向に延びて紙面の側面21cに露呈する他端23βを有する。
図2(c)は貫通配線23をなす2つの直線部23e、23fが屈曲部24において接続されており、直線部23eは基材21の厚み方向と傾斜をなす方向に延びて紙面の下面21bに露呈する一端23αを、直線部23fは基材21の厚み方向と垂直をなす方向に延びて紙面の側面21cに露呈する他端23βを有する。
第二の形態は、図3に示すように、貫通配線の一端が基材の一方の主面に、貫通配線の他端は基材の他方の主面に、それぞれ露呈されてなる構成である。
図3に示すように、例えば貫通配線33が複数の直線部と屈曲部との組み合わせからなり、少なくとも1つの直線部が基材31の厚み方向(紙面の上下方向)とは異なる方向に延びている例が挙げられる。図3(a)〜図3(d)は貫通配線33の一端33αと他端33βがそれぞれ基材の一面(紙面の上面)31aと他面(紙面の下面)31bに露呈している状態は共通しているが、以下の点において各々特長を有する。
図3(a)の構成例では、2つの直線部33a、33bが1つの屈曲部で結合されており、一方の直線部33bのみ基材31の厚み方向(紙面の上下方向)とは異なる方向に延びている。
図3(b)の構成例では、3つの直線部33c、33d、33eが2つの屈曲部で結合されており、中間の直線部33dのみ基材31の厚み方向(紙面の上下方向)とは異なる方向に延びている。
図3(c)の構成例では、2つの直線部33f、33gが1つの屈曲部で結合されている点は図2(a)と同様であるが、両方の直線部33f、33gとも基材31の厚み方向(紙面の上下方向)とは異なる方向に延びている。
図3(d)の構成例では、図3(b)の中間に配した1つの直線部に代えて、3つの直線部と2つの屈曲部33b、33cからなる部分33jを設けた点が図3(b)と異なる。図3(d)の33h、33jは、図3(b)の33c、33eに相当するものである。
図3に示した構成例とするためには、基材31をなす一方の主面31aと他方の主面31bとを結ぶように、複数の直線部と屈曲部とを組み合わせてなる微細孔32を設け、この微細孔32に導電性物質を充填し、貫通配線33を形成すればよい。
第三の形態は、図4に示すように、貫通配線の一端が基材の一方の主面に、貫通配線の他端は基材の他方の主面に、それぞれ露呈されてなる構成である。
図4に示すように、例えば貫通配線43が複数の直線部と分岐部との組み合わせからなり、少なくとも1つの直線部が基材41の厚み方向(紙面の上下方向)とは異なる方向に延びている例が挙げられる。
図4(a)〜図4(b)は分岐部から延びる貫通配線43の端部43α〜43δがそれぞれ基材の一面(紙面の上面)41aと他面(紙面の下面)41bに露呈している状態は共通しているが、以下の点において各々特長を有する。
図4(a)の構成例では、1つの分岐部44から直線部43a〜43cが個々に一面41a又は他面41bに延びている。
図4(b)の構成例では、2つの分岐部44a、44bから直線部43d〜43gが個々に一面41a又は他面41bに延びている。
図4に示した構成例とするためには、基材41をなす一方の主面41aと他方の主面41bとを結ぶように、複数の直線部と分岐部とを組み合わせてなる微細孔42を設け、この微細孔42に導電性物質を充填し、貫通配線43を形成すればよい。
図5(a)の構成例では、5つの直線部53a〜53eが2つの屈曲部54b、54cと1つの分岐部54aで結合されており、分岐部54aと屈曲部54b、54cを繋ぐ直線部53b、53cのみ基材51の厚み方向(紙面の上下方向)とは異なる方向に延びている。
図5(b)の構成例では、基板の厚み方向に貫通する1つの直線部53fから分岐した複数の直線部53g、53hをもち、この2つの直線部は両方とも基材51の厚み方向(紙面の上下方向)とは異なる方向に延びている。また、一方の直線部53hは屈曲部を介して他の直線部53iに繋がっている。
図5(c)の構成例では、基板の厚み方向に貫通する1つの直線部53jから分岐した複数の直線部53k、53mをもち、この2つの直線部は両方とも基材51の厚み方向(紙面の上下方向)とは異なる方向に延びている。また、両方の直線部53k、53mはそれぞれ屈曲部54g、54jを介して他の直線部53l、53nに繋がっている。
図6(a)の構成例では、基板の厚み方向に貫通する1つの直線部63aから分岐した1つの直線部63bをもち、後者の直線部63bのみ基材61の厚み方向(紙面の上下方向)と垂直をなす方向に延びている。これにより、貫通配線63は基材の上下面と一つの側面に露呈された端部63α〜63γをもつ。
図6(b)の構成例では、基板の厚み方向と垂直をなす方向に貫通する1つの直線部63cから分岐した1つの直線部63dをもち、後者の直線部63dのみ基材51の厚み方向(紙面の上下方向)に延びている。これにより、貫通配線63は基材の上面と二つの側面に露呈された端部63α〜63γをもつ。
図6(c)の構成例では、基材61の一つの側面61dに露呈して、共通する一端63αを備えた、基板の厚み方向とは異なる方向に延びる3つの直線部63e、63f、63gをもつ。また、3つの直線部63e、63f、63gの他端はそれぞれ異なる面に露呈し、順に端部63γ、63β、63δをもつ。図6(c)では、分岐部64が共通する一端63αの近傍に位置する例を示したが、これに限定されるものではない。
しかしながら、図7に示すように、一つの基材71の中に独立した複数の微細孔を設け、これらの微細孔に導電性物質を充填し、独立した複数の貫通配線73(73a〜73e)を形成しても構わない。図7には、基材の断面方向から見てパターンの異なる貫通配線を組合せた例を示したが、これに限定されず、一つの基材の中にパターンの同じ貫通配線を備えてもよい。特に、基材の側面近傍に配される貫通配線73a、73eは、その端部の一つが側面に露呈する形態を採用することが可能となる。
第四の形態は、図8に示すように、貫通配線の一端及び/又は他端は、接合する他の基板の電極に対応する位置に配されている構成である。
図8(a)、(b)は、図7と同様に、各々の基材81A、81Bの中に独立した複数の微細孔を設け、これらの微細孔に導電性物質を充填し、独立した複数の貫通配線(例えば、83A、83B)を形成したものである。2つの基材81A、81Bは、両者を接合する面81Ab、81Baにおいて、接合する相手方の基板の電極と位置が一致するように構成されている。
図8(c)は2つの基材81A、81Bを接合した状態を示しており、例えば、基材81Aに設けた貫通配線83Aの他端83Aβと、基材81Bに設けた貫通配線83Bの一端83Bαとが位置を一致させると、両者の基板に設けた他の端部同士も同様に位置が一致し、電気的な導通が可能となるように配されている状態を表している。
このような配置の採用は、2つの基材を重ね合わせる場合に限定されるものではなく、3つ以上の基材を重ねて接合した形態(以下、複合基板とも呼ぶ)にも適用できる。
本エッチングは、改質部114が改質されていない部分に比べて非常に早くエッチングされる現象を利用するものであり、結果として改質部114に起因した形状の微細孔112を形成することができる。本実施形態においては、微細孔112の孔径は50μmとした。なお、薬液115はフッ酸に限定されず、例えばフッ酸に硝酸等を適量添加したフッ硝酸系の混酸等を用いることができる。また、微細孔112の孔径も、貫通電極の用途に応じて10μm程度から300μm程度まで適宜設定することができる。さらに、形成する微細孔も、基板を貫通するもの、非貫通のもののどちらでも良い。
本例では、一枚の基板に貫通配線を配してなる貫通配線基板の作製方法について、図14に基づき詳述する。
まず、図14(a)に示すように、石英からなる基板141に前述した微細孔の形成方法により様々な形態をもつ微細孔142を形成する。ここで、基板141は厚さが500μmであり、微細孔142の孔径は50μmとした。なお、基板の厚さは孔径がこれに限定されないことは上述の通りである。
次いで、図14(b)に示すように、微細孔142の内部に導電性物質143を充填する。本例では、導電性物質143として金錫(Au−Sn)を用い、溶融金属充填法により微細孔内部に充填した。溶融金属充填法は、圧力差を用いて微細孔内部にも気密性よく短時間で充填できる方法である。なお、本例においては、充填金属として金錫(Au−Sn)を用いたが、本発明はこれに限定されず、異なる組成を有する金錫合金や、錫(Sn)、インジウム(In)等の金属、また錫鉛(Sn−Pb)系、錫(Sn)基、鉛(Pb)基。金(Au)基、インジウム(In)基、アルミニウム(Al)基等のはんだを使用することができる。また、充填方法も溶融金属吸引法を用いたが、本発明はこれに限定されず、めっき法による金属充填や印刷法による導電性ペーストの充填、またCVD等によるカーボンナノチューブの充填を利用することができる。
以上の方法により、三次元的に自由な貫通電極を有する貫通配線基板を提供することができる。
なお、本例においては、微細孔142は基板の主面あるいは側面を貫通するものであったが、本発明はこれに限定されず、微細孔は非貫通で形成しておき、金属充填後、基板を研磨することにより貫通電極を形成することも可能である。
本例では、複数の貫通配線基板を積み重ねてなる複合基板の作製方法について、図15に基づき詳述する。ここでは、三通りの製法について例示する。
第一の製法(図15)は、実施例1において説明した方法により作製した貫通配線基板同士を積み重ねるものである。まず、図15(a)に示すように、既に貫通電極153(153a、153b)が形成された貫通配線基板151Aと151Bを対向させ、貫通電極153a、153bの端部同士の位置を合わせるようにアライメントを行う。その後、図15(b)に示すように、2つの貫通配線基板151A、151Bを積み重ねた。本例では、異方性導電接着剤157を用いて基板間を接着したが、これに限定されるものではなく、例えばはんだバンプを用いた接合など他の方法を用いてもよい。
第二の製法(図16)は、まず、図16(a)に示すように、微細孔162a、162bのみが形成された基板161A、161Bを、絶縁樹脂163を介して接合する。この際、微細孔162aと162bが重なる位置にある樹脂は、予め(貼り合わせ前に)除去しておいても良いし、貼り合わせ後にエッチング等により除去しても良い。次いで、図16(b)に示すように、接合後に形成された微細孔162a、162b、162cに一度に金属充填し、貫通電極を作製するものである。本例では、絶縁樹脂163を用いて両基板を接着したが、これに限定されるものではなく、例えば陽極接合など他の方法を用いてもよい。
第三の製法(図17)は、まず、図17(a)に示すように、基板171Aと171Bを用意し、低融点ガラス177を用いて接合した状態とする。次いで、接合後の基板に微細孔172を形成する。その後、微細孔172の内部に金属充填するものである。本例では、低融点ガラス177を用いて両基板を接着したが、これに限定されるものではなく、例えば陽極接合など他の方法を用いてもよい。
以上の方法により、三次元的に自由な貫通電極を有する貫通配線基板を積層することができる。
実施例1、及び実施例2において説明した貫通電極及びそれを用いた貫通配線基板を適宜使用することにより、図18に示すように複数のデバイス(電子部品)185A〜185Dを三次元的に複合実装した機能キューブ(電子装置)を実現することができる。
なお、図18において、181A〜181Dは基板であり、特に複合実装した際、181Aは2つのデバイス185A、185Bを外面に、181Bはデバイス185Dを内面に、181Cはデバイス185Cを内面に、それぞれ載置している。
また、図18に示す機能キューブ(電子装置)では、機能素子からなるデバイス(電子部品)185A〜185Dと貫通電極とは直接には電気的に接続されない構成が可能となる。この構成によれば、貫通電極の存在に影響を受けることなく、機能素子として、コンデンサや抵抗などの受動素子、あるいは各種センサなどのMEMSデバイスを、基材に内在させることができる(図18の185C、185D)。つまり、電子部品が、前記基材に設けられた空隙内に配される構成となり、電子部品は基材によって外界から隔離された状態で基材に内在されるので、電子部品は外界からの影響を受けにくい。
一方、前記電子部品と、前記貫通配線基板における前記貫通配線とは、電気的に接続されているので、機能キューブ(電子装置)を構成する貫通配線を通じて電子部品は、電子装置の外部と電気的な接続が可能である。
図18に示す機能キューブ(電子装置)を構成する前記貫通配線基板における前記基材としては、ガラスが好適である。基材をガラスとすることにより、図11〜図14を用いて説明した貫通配線基板の作製方法を利用して、三次元実装やSiPにおいて、より高機能、高密度なパッケージをもたらす貫通配線を備えた貫通配線基板が得られる。ゆえに、本発明に係る電子装置を構成する基材としては、ガラスが好ましい。
また、本発明の貫通配線基板を提供することにより、三次元実装やSiPにおいて、より高機能、高密度なパッケージを実現することができ、ひいてはデバイスの高速化、高機能化に貢献する。
本発明の電子装置は、上述した貫通配線基板を複数用い、互いの主面同士及び/又は側面同士を重ね合わせ、互いの貫通配線基板を構成する貫通配線を電気的に接続してなる複合基板と、前記貫通配線基板における前記基材に実装された電子部品と、を含むことにより、電子装置の薄型化や小型化、低消費電力化などに寄与する。
151A、151B 貫通配線基板、153a、153b 貫通電極、157 異方性導電接着剤、161A、161B 基板、162a、162b 微細孔、163 絶縁樹脂、171A、171B 基板、172 微細孔、177 低融点ガラス、181A〜181D 基板、183 貫通配線、185A〜185D デバイス(電子部品)。
Claims (9)
- 基材を構成する少なくとも二面を結ぶように微細孔を配し、該微細孔に導電性物質を充填してなる貫通配線を備え、かつ、前記貫通配線が、少なくとも一部に、前記基材の厚み方向とは異なる方向に延びる部分を有する貫通配線基板を複数用い、互いの主面同士及び/又は側面同士を重ね合わせ、互いの貫通配線基板を構成する貫通配線を電気的に接続してなる複合基板と、前記貫通配線基板における前記基材に実装された電子部品と、を含むことを特徴とする電子装置。
- 前記貫通配線基板における前記基材が、前記電子部品を内包してなることを特徴とする請求項1に記載の電子装置。
- 前記電子部品が、前記基材に設けられた空隙内に配されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の電子装置。
- 前記電子部品と、前記貫通配線基板における前記貫通配線とが、電気的に接続されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の電子装置。
- 前記貫通配線基板における前記貫通配線の一端が前記基材の主面に、前記貫通配線の他端が前記基材の側面に、それぞれ露呈されてなることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の電子装置。
- 前記貫通配線基板における前記貫通配線の一端が前記基材の一方の主面に、前記貫通配線の他端が前記基材の他方の主面に、それぞれ露呈されてなることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の電子装置。
- 前記貫通配線基板における前記貫通配線が、前記基材内に分岐する部分を備えていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の電子装置。
- 前記貫通配線基板における前記貫通配線の一端及び/又は他端が、接合する他の基板の電極に対応する位置に配されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の電子装置。
- 前記貫通配線基板における前記基材が、ガラスであることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の電子装置。
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