JP2012209312A - 電子部品の実装構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】接続部に不具合の生じにくい構造を備えた電子部品の実装構造体を提供する。
【解決手段】電子部品４の実装構造体１０は、コアとなる樹脂の表面の長手方向に沿う複数箇所が金属からなる導電膜で覆われた構造を有するバンプ電極２３を備えた電子部品４と、金属端子１２を備えた基板１１とを電気的に接続することで構成されており、バンプ電極２３の金属端子１２と接続される位置に、金属端子１２との接触領域を少なくとも二分割する溝部が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子部品の実装構造体に関するものである。

従来より、ドライバーＩＣ等の電子部品をフレキシブル基板上に実装する、いわゆるＣＯＦ(Chip On FPC)構造と称される実装構造が知られている。
このような実装構造に用いられるフレキシブル基板には、配線パターンに接続するＡｕ、Ｓｎ等の金属からなるランド（端子）が形成されている。一方、電子部品の表面には、絶縁膜を介してランドと電気的接続を得るためのバンプ電極が形成され、このバンプ電極は、絶縁膜上に露出した電極に導通されることで電子部品の電極としての機能を有する。
バンプ電極としては、コアとなる凸条形状の樹脂の表面がＡｕまたはＡｕ合金からなる導電膜で覆われた構造の樹脂コアバンプが多く用いられている。そして、このランドにバンプ電極を接続させた状態で、フレキシブル基板上に電子部品を実装することにより、電子部品の実装構造体が形成されている（例えば、特許文献１参照）。

上記の電子部品の実装構造体においては、フレキシブル基板上に電子部品がより強固にかつ確実に接続していることが望まれている。特に、ランドやバンプ電極がそれぞれ複数ずつあり、複数のランド−バンプ電極間をそれぞれ接続させる場合には、全てのランド−バンプ電極間が良好に接続していることが、信頼性を確保するうえで重要となっている。
この実装構造体のバンプ電極は、コアとなる樹脂の表面が導電膜で覆われた構造であるから、従来のＡｕ等の金属からなるバンプと比べて狭ピッチ化が可能である。

特開２００９−０４９２２５号公報

上記特許文献１記載の電子部品の実装構造体では、バンプ電極（樹脂コア）を変形させて基板との接続を行うが、樹脂コア上に形成された導電膜が薄すぎたり、バンプ電極の変形度が大きすぎると、バンプ電極の導電膜にクラックが生じやすくなるため、実装条件の設定が難しくなる場合があった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、接続部に不具合の生じにくい構造を備えた電子部品の実装構造体を提供することを目的の一つとする。

本発明の電子部品の実装構造体は、コアとなる樹脂の表面の長手方向に沿う複数箇所が金属からなる導電膜で覆われた構造を有するバンプ電極を備えた電子部品と、金属端子を備えた基板とを電気的に接続してなる電子部品の実装構造体であって、前記バンプ電極の前記金属端子と接続される位置に、前記金属端子との接触領域を少なくとも二分割する溝部が形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、バンプ電極に溝部を設け、溝部によって分割された接触領域を金属端子と接続する構造を採用したことで、実装時に樹脂及び導電膜に作用する衝撃を複数の領域に分散することができ、実装時の変形方向も複数方向に分散することができる。かかる作用により、導電膜にクラックが発生するのを抑制することができ、接続部に不具合の生じにくい実装構造体とすることができる。

前記溝部は、前記樹脂の幅方向に沿って延びている構成としてもよい。
このような構成とすれば、溝部を形成することによる導電膜の断線が生じにくい構造となる。

前記溝部は、前記樹脂の長手方向に沿って延びている構成としてもよい。
このような構成とすれば、導電膜と金属端子との位置合わせが容易になる。

各々の前記導電膜ごとに、複数本の前記溝部が形成されている構成としてもよい。
このような構成とすれば、実装時に金属端子の押圧力によって樹脂及び導電膜が変形する際に、変形が許容される方向が増えるため、導電膜が特定方向に大きく変形することによるクラックの発生を抑えることができる。

実施形態に係る電子部品の実装構造体を示す側面図。 図１のＡ−Ａ線に沿う断面図。 電子部品及びフレキシブル基板を示す図。 実装工程の説明図。 変形例に係る電子部品及びフレキシブル基板を示す図。 変形例に係る実装工程を示す説明図。

以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。
なお、本発明の範囲は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等を異ならせる場合がある。

図１は、本発明の一実施形態である、電子部品と可撓性基板との実装構造体を示す側面図である。図２は、図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図３は、電子部品及びフレキシブル基板を示す図である。

実装構造体１０は、図１及び図２に示すように、フレキシブル基板（可撓性基板）２と電子部品４とを、封止樹脂層３により接着固定することで一体化した構成を備えている。

フレキシブル基板２は、プラスチックフィルム基板等の可撓性を有する基板１１と、基板１１上に形成された複数の金属端子１２とを備えている。金属端子１２は、基板１１上に形成された配線パターンと接続されている。なお、基板１１は、ガラス基板やプリント基板、半導体基板などの可撓性を有しない基板であってもよい。

金属端子１２は、Ａｕ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｃｕ等の単体金属や、Ａｕ合金、Ｓｎ合金、Ａｌ合金、Ｃｕ合金等の合金により形成されたストライプ状の金属膜により形成されている。金属端子１２は数μｍ程度の厚い金属膜からなり、その横断面（幅方向の断面）の形状は、略台形状である。

封止樹脂層３は、本実施形態の場合、接着剤としての機能及び封止材としての機能を兼ね備えるものである。封止樹脂層３はフレキシブル基板２と電子部品４との導電接触部分の周囲を覆うように充填され、硬化されることにより形成される。
封止樹脂層３を構成する樹脂は、封止機能と接着機能を備えた樹脂であればよく、樹脂の種類は特に制限されず、絶縁特性、取り扱いの容易性等を勘案して好適な樹脂系接着剤を選択すればよい。具体的には、エポキシ樹脂系の接着剤等を挙げることができる。

電子部品４は、ドライバーＩＣ等の半導体素子（図示略）が内蔵された絶縁材料からなるパッケージ２１と、パッケージ２１の能動面２１ａに形成された絶縁膜２２と、絶縁膜２２上に突設されるとともに上記半導体素子と導通するバンプ電極２３と、を備えている。

なお、本実施形態では能動面２１ａ上にバンプ電極２３が形成された電子部品４を例示しているが、能動面２１ａと反対側の面にバンプ電極２３が形成された構成であってもよい。またバンプ電極２３が、半導体素子ではなくパッケージ上に併設されたキャパシタやインダクタなどの受動素子に接続されている構成であってもよい。

バンプ電極２３は、図２及び図３に示すように、絶縁膜２２上に形成された断面略半円状の凸条である樹脂２４と、樹脂２４の外周面に所定間隔で形成された複数の溝部２４ａと、溝部２４ａの形成位置に対応して樹脂２４の外周面に形成された複数の帯状の導電膜２５と、を備えている。バンプ電極２３は、樹脂２４をコアとし、その表面に形成された導電膜２５を電極とする樹脂コアバンプである。

樹脂２４は、絶縁性を有する感光性樹脂や熱硬化性樹脂からなるもので、具体的には、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、シリコーン変性ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる。樹脂２４は、公知のリソグラフィ技術やエッチング技術により断面半円状の凸条に形成されている。
なお、樹脂の材質（硬度）や形状については、フレキシブル基板２の金属端子１２の形状や大きさ等により適宜、選択・設計される。例えば、樹脂２４は、断面半楕円状、断面略台形状の凸条であってもよい。

溝部２４ａは、樹脂２４の長手方向（延在方向）と交差する方向に延びる溝として樹脂２４の表面に形成されている。したがって、溝部２４ａは、樹脂２４の長手方向において対向する側壁１２１及び側壁１２２と、それらの側壁の間に形成された底壁（底面）１２３と、を有する。また溝部２４ａは金属端子１２よりも狭い幅に形成されており、金属端子１２と接触する導電膜２５上の接触領域を二分割するように形成されている。また本実施形態のように溝部２４ａの延在方向が樹脂の長手方向と交差する方向であれば、溝部２４ａに起因する導電膜２５の断線が生じにくいという利点が得られる。

図２に示す実装後の状態では、溝部２４ａを含む部位が金属端子１２の押圧力により変形しており、側壁１２１、１２２は略台形状、底壁１２３は矩形状の面である。一方、未実装の状態では、樹脂２４が断面半円状の凸条であるから、側壁１２１、１２２は扇形状の面である。

導電膜２５は、図３に示すように、溝部２４ａの内壁面と、溝部２４ａの周囲の樹脂２４の外周面とに形成されるとともに、樹脂２４の幅方向の両側へ延びている。そして、導電膜２５は、絶縁膜２２に形成された図示略のコンタクトホールを介して、能動面２１ａの半導体素子等と電気的に接続されている。したがって導電膜２５は、電子部品４の外部接続端子として機能する。また複数の導電膜２５は樹脂２４の長手方向に沿って間隔を空けて設けられており、各々の導電膜２５が能動面２１ａに形成された半導体素子の端子に接続されている。

導電膜２５は、金属又は合金により構成され、例えば、Ａｕ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｗ、Ａｌ、Ｐｄ、及びそれらの合金（例えば、ＴｉＷ、ＮｉＶ等）を用いることができる。また場合によっては、鉛フリーはんだ等により形成してもよい。導電膜２５は、単層の金属からなるものとしてもよく、複数の金属膜を積層した積層膜としてもよい。

導電膜２５の形成方法は特に限定されず、スパッタ法等の公知の成膜法で成膜し、その後帯状にパターニングしたものであってもよく、無電解メッキにより選択的に形成したものであってもよい。また、スパッタ法や無電解メッキにより下地膜を形成し、その後電解メッキにより下地膜上に上層膜を形成し、これら下地膜と上層膜とからなる積層膜により導電膜２５を形成してもよい。
導電膜２５を構成する金属あるいは合金の種類、層構造、形成方法、膜厚、幅等については、上述した樹脂２４と同様に、フレキシブル基板２の金属端子１２の形状や大きさ等により適宜、選択・設計される。

上記構成を備えた電子部品４とフレキシブル基板２との接続構造は、図２に示すように、バンプ電極２３の溝部２４ａが形成されている位置において、バンプ電極２３にフレキシブル基板２の金属端子１２が押し込まれ、樹脂２４及び溝部２４ａが一部変形した状態で金属端子１２の上面とバンプ電極２３の導電膜２５とが当接している。かかる構造により、導電膜２５と金属端子１２とが電気的に接続されている。

そして、バンプ電極２３に溝部２４ａが形成されているため、導電膜２５と金属端子１２との接触領域は、溝部２４ａを挟んで二分割されている。かかる構造により、金属端子１２の押圧力が少なくとも二面に分散され、実装時の衝撃が低減される。また、金属端子１２が押し込まれた際の樹脂２４及び導電膜２５の変形量の一部を溝部２４ａの変形により吸収することができる。これらにより、導電膜２５におけるクラックの発生を抑制できる実装構造とされている。

なお、金属端子１２及び導電膜２５の少なくとも一方がＡｕからなり、他方がＡｕ又はＳｎからなるものである場合には、Ａｕ接合又はＡｕＳｎ接合により簡便に低抵抗の接合部を形成することができる。さらにこれらの接合を用いる場合には、端子の接合部で十分な強度が得られるため、封止樹脂層３を設けない構成とすることも可能である。

次に、本実施形態の電子部品の実装方法について、図３及び図４に基づき説明する。
図４は、実装工程の説明図である。なお、図４には、図１のＡ−Ａ線に沿う位置に対応する断面図が示されている。

まず、フレキシブル基板２と、電子部品４とを用意する。
電子部品４は、図３（ａ）及び図４（ａ）に示すように、断面半円状の凸条である樹脂２４の上面に開口する複数の溝部２４ａが形成されており、かかる溝部２４ａの形成位置に対応して帯状の導電膜２５が形成されたものである。本実施形態の場合、従来のバンプ電極とは異なり、樹脂２４は、実装前から溝部２４ａの部分が凹んだ形状である。

樹脂２４の溝部２４ａは、エキシマレーザー等によるレーザー加工、ワイヤーソーなどを用いた切削加工、型材を用いたスタンプ加工などにより形成することができる。図４（ａ）に示すように、溝部２４ａの幅Ｗ１は、対応する金属端子１２の幅Ｗ２よりも狭く形成されている。さらに、溝部２４ａは、金属端子１２の上面（導電膜２５に接触する面）よりも狭く形成されていることが好ましい。

溝部２４ａの幅Ｗ１は、特に限定されないが、狭すぎると溝部２４ａを形成する効果が得られにくくなり、広すぎると金属端子１２と接触する導電膜２５の面が小さくなって接続抵抗が上昇するおそれがある。したがって、実装時の樹脂２４や導電膜２５の変形量、実装後の接続抵抗に基づいて最適な幅に設定するとよい。

溝部２４ａの深さＤは、特に限定されないが、浅すぎると溝部２４ａを形成する効果が得られにくくなり、深すぎると溝部２４ａの内壁面への導電膜２５の付き回りが悪くなるため、接続形態によっては接続抵抗が上昇するおそれがある。したがって、実装時の樹脂２４や導電膜２５の変形量、実装後の接続抵抗に基づいて最適な深さに設定するとよい。

本実施形態の場合、溝部２４ａの内壁面にも導電膜２５が形成されている構成であるため、導電膜２５は溝部２４ａを形成した後、金属膜を成膜し、これをパターニングすることにより形成する。Ａｕ接合やＡｕＳｎ接合などの金属接合により導電膜２５と金属端子１２を接続する場合には、接続部における接触面積を大きくする方が接合強度が高くなるため、本実施形態のように溝部２４ａの内壁面にも導電膜２５を形成することが好ましい。

一方、ＮＣＰ（Non-Conductive Paste）等を用いた樹脂接合を行う場合には、金属端子１２に対する導電膜２５の接触面積が小さくても十分な接続性が確保できるため、溝部２４ａの内壁面には必ずしも導電膜２５が形成されていなくてもよい。この場合には、断面半円状の凸条からなる樹脂２４を形成した後、複数の帯状の導電膜２５をパターン形成し、その後に導電膜２５の形成位置に溝部２４ａを形成することで実装構造体を作製することができる。

フレキシブル基板２は、図３（ｂ）及び図４（ａ）に示すように、基板１１上に、先端に金属端子１２を有する複数の配線が形成された構成を備えている。図３（ｃ）に示すように、基板１１の辺縁から基板中央部へ向かって延びる配線が互いに対向して配置された領域が、電子部品４が実装される実装領域１１Ａである。

電子部品４及びフレキシブル基板２を用意したならば、図３（ｃ）及び図４（ａ）に示すように、電子部品４のバンプ電極２３が形成された面と、フレキシブル基板２の金属端子１２が形成された面とを対向させて配置する。このとき、図４（ａ）に示すように、バンプ電極２３の溝部２４ａが、フレキシブル基板２の金属端子１２上に位置合わせする。より好ましくは、溝部２４ａにより分割される導電膜２５上の領域（接触領域２５ａ及び接触領域２５ｂ）が、金属端子１２の上面に均等に配置されるように、溝部２４ａを金属端子１２の幅方向（図示左右方向）の中央部に位置合わせする。

その後、図４（ｂ）に示すように、図示略の加圧加熱工具に保持した電子部品４を降下させてフレキシブル基板２に密着させる。これにより、金属端子１２と、導電膜２５の接触領域２５ａ、２５ｂとが当接する。この状態から、さらに電子部品４をフレキシブル基板２に押圧すると、図２に示したように、金属端子１２が接触領域２５ａ、２５ｂに押し込まれて樹脂２４の一部と導電膜２５とが変形する。そして、上記のように導電膜２５と金属端子１２とが当接した状態で、加圧加熱されることにより、導電膜２５と金属端子１２とが接合され、電子部品４とフレキシブル基板２とが電気的に接続される。

ここで、上記の加圧加熱に際して、バンプ電極２３の導電膜２５上の接触領域は、溝部２４ａによって２つの接触領域２５ａ、２５ｂに分割されている。そのため、金属端子１２を押し込む際の衝撃が、接触領域２５ａ、２５ｂにそれぞれ分散される。また、溝部２４ａが形成されていることで、溝部２４ａ近傍の樹脂２４及び導電膜２５は、金属端子１２の押し込み方向（図示上下方向）だけでなく、溝部２４ａを変形させるようにして基板面方向（図示左右方向）へも変形する。これにより、金属端子１２が押し込まれた分の変形量が複数の方向に分散して吸収される。
以上により、実装時の衝撃が大きく低減され、導電膜２５におけるクラックの発生が抑制される。

その後、電子部品４とフレキシブル基板２との隙間に、ディスペンサーなどを用いて樹脂系接着剤を充填し、これを硬化させることで、電子部品４とフレキシブル基板２とを接着固定するとともに両者の接続部を封止する封止樹脂層３を形成することができる。

以上の工程により、電子部品４のバンプ電極２３の導電膜２５がフレキシブル基板２の金属端子１２に電気的に接続され、かつ、電子部品４がフレキシブル基板２上に封止樹脂層３により接着固定された実装構造体１０を作製することができる。

以上、詳細に説明したように、本実施形態の実装構造体では、バンプ電極２３に溝部２４ａを設け、溝部２４ａによって分割された接触領域２５ａ、２５ｂを金属端子１２と接続する構造を採用したことで、実装時に樹脂２４及び導電膜２５に作用する衝撃を複数の領域に分散することができ、実装時の変形方向も複数方向に分散することができる。かかる作用により、導電膜２５にクラックが発生するのを抑制することができ、接続部に不具合の生じにくい実装構造体とすることができる。

［変形例］
以下、図５及び図６を参照しつつ実施形態の変形例について説明する。

図５は、変形例に係る電子部品及びフレキシブル基板を示す図である。図６は、変形例に係る実装工程を示す説明図である。なお、図６は、図５（ｃ）のＢ−Ｂ線に沿う位置における断面図が示されている。
先の実施形態では、樹脂２４の幅方向に延びる溝部２４ａが形成されているバンプ電極２３を備えた実装構造体について説明したが、図５（ａ）に示すように、バンプ電極２３は、樹脂２４の延在方向に沿って延びる溝部２４ｂが形成されている構成であってもよい。
このような構成とした場合にも、溝部２４ｂによって、導電膜２５の金属端子１２との接続部位を２つの接触領域２５ｃ、及び接触領域２５ｄ（図６参照）に分割することができ、先の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

溝部２４ｂを有するバンプ電極２３を備えた電子部品４を実装する場合には、まず、図６（ａ）に示すように、フレキシブル基板２の金属端子１２上に、電子部品４のバンプ電極２３を配置する。このとき、バンプ電極２３の各々の導電膜２５を、対応する金属端子１２に対して位置合わせする。本例の場合には、溝部２４ｂは樹脂２４の長手方向に沿って形成されているため、溝部２４ｂと金属端子１２とを位置合わせする必要はない。溝部２４ｂが樹脂２４の幅方向の中央に形成されていれば、接触領域２５ｃ、２５ｄは、金属端子１２の上面に対して均等に配置される。

本実施形態において、溝部２４ｂの幅Ｗ３は、特に限定されないが、狭すぎると溝部２４ｂを形成する効果が得られにくくなり、広すぎると金属端子１２と接触する導電膜２５の面が小さくなって接続抵抗が上昇するおそれがある。したがって、実装時の樹脂２４や導電膜２５の変形量、実装後の接続抵抗等に基づいて最適な幅に設定するとよい。

その後、図６（ｂ）に示すように、図示略の加圧加熱工具に保持した電子部品４を降下させてフレキシブル基板２に密着させて加圧する。これにより、金属端子１２と、導電膜２５の接触領域２５ｃ、２５ｄとが当接した状態から、金属端子１２が接触領域２５ｃ、２５ｄに押し込まれ、図示のように樹脂２４の一部と導電膜２５とが変形する。そして、上記のように導電膜２５と金属端子１２とが当接した状態で、加圧加熱されることにより、導電膜２５と金属端子１２とが接合され、電子部品４とフレキシブル基板２とが電気的に接続される。

ここで、上記の加圧加熱に際して、バンプ電極２３の導電膜２５上の接触領域は、溝部２４ｂによって２つの接触領域２５ｃ、２５ｄに分割されている。そのため、金属端子１２を押し込む際の衝撃が、接触領域２５ｃ、２５ｄにそれぞれ分散される。また、溝部２４ｂが形成されていることで、溝部２４ｂ近傍の樹脂２４及び導電膜２５は、金属端子１２の押し込み方向（図示上下方向）だけでなく、基板面方向（図示左右方向）への変形も許容されるので、金属端子１２が押し込まれた分の変形量が複数の方向に分散して吸収される。これらにより、実装時の衝撃が大きく低減され、導電膜２５におけるクラックの発生を抑制することができる。

その後、電子部品４とフレキシブル基板２との隙間に、ディスペンサーなどを用いて樹脂系接着剤を充填し、これを硬化させることで、電子部品４とフレキシブル基板２とを接着固定するとともに両者の接続部を封止する封止樹脂層３を形成することができる。

なお、先の実施形態及び変形例では、樹脂２４に形成される溝部２４ａ、２４ｂが、導電膜２５の形成領域内にで１本のみである場合について説明したが、複数本の溝部を形成してもよいのはもちろんである。例えば、溝部２４ａと溝部２４ｂの両方を形成してもよい。この場合、導電膜２５の金属端子１２との接続部位は４分割されることになる。あるいは、導電膜２５毎に溝部２４ａ（又は溝部２４ｂ）が複数本形成されている構成としてもよい。
上記構成によれば、実装時に金属端子１２の押圧力によって樹脂２４及び導電膜２５が変形する際の変形が許容される方向が増えるため、導電膜２５が特定方向に大きく変形することによるクラックの発生を抑えることができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更することができる。

４…電子部品、１０…実装構造体、１１…基板、１２…金属端子、２３…バンプ電極、２４…樹脂、２４ａ，２４ｂ…溝部、２５…導電膜、２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ…接触領域、Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３…幅

Claims (4)

1. コアとなる樹脂の表面の長手方向に沿う複数箇所が金属からなる導電膜で覆われた構造を有するバンプ電極を備えた電子部品と、金属端子を備えた基板とを電気的に接続してなる電子部品の実装構造体であって、
   前記バンプ電極の前記金属端子と接続される位置に、前記金属端子との接触領域を少なくとも二分割する溝部が形成されていることを特徴とする電子部品の実装構造体。
2. 前記溝部は、前記樹脂の幅方向に沿って延びていることを特徴とする請求項１に記載の電子部品の実装構造体。
3. 前記溝部は、前記樹脂の長手方向に沿って延びていることを特徴とする請求項１に記載の電子部品の実装構造体。
4. 各々の前記導電膜ごとに、複数本の前記溝部が形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電子部品の実装構造体。

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