JP2013093453A - 電子モジュールとその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】外部振動や機械的衝撃に対して高い信頼性を確保した水晶発振器や表面弾性波デバイスを他の電子デバイスとともに搭載した電子モジュールを提供する。
【解決手段】複数の電子デバイス３ａ,３ｂ、４ａ,４ｂ、５ａ,５ｂの端子部を支持基板１とは反対側の面である上面に露出させて同一平面となるように配置した状態で樹脂６を用いて埋設し、各電子デバイスの露出面にある各電子部品の接続電極あるいは接続端子と接続する配線／回路パターン８を形成する。配線／回路パターン８の一部に設けた外部接続端子を半田ボール９を用いて実装機器のマザーボードに実装する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子モジュールに係り、特に水晶発振器や表面弾性波デバイス等をＩＣチップ、抵抗器や容量などの他の電子部品とともに共通の支持基板に搭載して樹脂で一体化して小型・低背化した電子モジュールとその製造方法に関する。

携帯端末やカーナビ機器等の移動体通信端末の小型化、高機能化に伴い、搭載部品の小型・薄型化が求められている。このような小型・薄型化を実現するため、高周波回路部等の機能部を構成する電子デバイスを共通の支持基板にモジュール化して一体の部品とする傾向にある。この種の回路部のモジュール化では、特に当該回路部の機能部を構成する各種の電子デバイスの低背化が求められている。例えば、高周波回路部を構成する必須の電子デバイスとしては、水晶発振器（ＣＯデバイス）や表面弾性波素子（ＳＡＷデバイス）、およびこれらデバイスと共に各種の信号処理を実行するための回路を構成するＩＣチップなどの電子部品がある。

移動体通信端末等の機器の筐体に収容する各種の電子デバイスからなる電子モジュールは、共通の支持基板に複数種の電子デバイスを搭載し、これらを樹脂により一体化して構成される。なお、この種の従来技術を開示したものとしては、特許文献１を挙げることができる。

特開平０８−３２１５６７号公報

前記したように、移動体端末やカーナビ機器等にはＣＯデバイスやＳＡＷデバイスが搭載される。このような移動体端末やカーナビ機器等は、その使用形態を考慮して外部振動や機械的衝撃に対して高い信頼性を確保しなければならない。共通基板に半田を用いた接続で上記ＣＯデバイスやＳＡＷデバイスと共に、ＩＣチップや抵抗部品あるいは容量部品およびインダクタンス部品など、異なる縦横及び高さサイズの電子部品を基板に搭載するだけでは、所要の信頼性を担保できず、筐体内スペースの利用も制限される。特に、ＣＯデバイスやＳＡＷデバイスはデバイス内部にキャビティを保持する必要から、ＩＣチップなどの部品に比べてより強固な接続を確保する必要があり、その高さ寸法（背サイズ）の低背化には限界がある。従来技術におけるモジュール化では、基板に形成した配線あるいは回路パターンに各電子部品を半田で接続し、これを樹脂にて一体にモールドするものが一般的である。

本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決することにあり、高さ寸法が異なる複数種の電子デバイスを搭載する共通の支持基板と各電子デバイスの間を半田に頼ることなく強固に接続する構成を採用することで、外部振動や機械的衝撃に対して高い信頼性を確保した水晶発振器や表面弾性波デバイスを他の電子デバイスとともに搭載した電子モジュールを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、水晶発振器や表面弾性波デバイスを含む複数種の電子デバイスの端子部を、支持基板とは反対側の面である上面に露出させて配置することを基本構造とし、この上面が同一平面となるように共通の支持基板の上に配置し、当該上面を露出させた状態に樹脂を用いて埋設して固定し、各電子部品の露出面に前記各電子部品の接続電極あるいは接続端子と接続した配線パターンあるいは回路パターン（以下、配線／回路パターンとも称する）を直接設けることによって達成される。なお、水晶発振器や表面弾性波デバイスを除く一部の電子デバイスの端子部を、共通の基板と対向する面に設けて、当該基板に形成した配線パターンあるいは回路パターンに半田接続あるいは異方性導電膜等の既知の手段で接続することを妨げるものではない。

絶縁材からなる支持基板に搭載した複数種の電子デバイスの端子部を有する上面を同一平面にして樹脂で埋めることで各電子デバイスの配置が固定され、これら電子デバイスの上面を覆って所要の配線／回路パターンを設けることにより、電子デバイスの電気的および機械的接続が半田に頼ることなく強固に接続され、外部振動や機械的衝撃に対して高い信頼性を確保した電子モジュールが得られる。

本発明による電子モジュールの実施例１を説明する断面図である。 本発明による電子モジュールの製造方法の実施例１を説明する断面図である。 本発明による電子モジュールの製造方法の実施例１を図２Ａに続いて説明する断面図である。 本発明による電子モジュールの製造方法の実施例１を図２Ｂに続いて説明する断面図である。 本発明による電子モジュールの製造方法の実施例１を図２Ｃに続いて説明する断面図である。 本発明による電子モジュールの製造方法の実施例１を図２Ｄに続いて説明する断面図である。 本発明による電子モジュールの製造方法の実施例１を図２Ｅに続いて説明する断面図である。 本発明による電子モジュールの製造方法の実施例１を図２Ｆに続いて説明する断面図である。 本発明による電子モジュールの製造方法の実施例１を図２Ｇに続いて説明する断面図である。 本発明による電子モジュールの実施例２を説明する断面図である。 本発明による電子モジュールの実施例２を説明する支持基板の断面図である。 本発明による電子モジュールの実施例３を説明する支持基板の断面図である。

以下、本発明の最良の実施形態について、実施例の図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明による電子モジュールの実施例１を説明する断面図である。本実施例の電子モジュールは、支持基板１の一方の面に異なる厚み（デバイスの背の高さ）を持つ複数種の電子デバイスを搭載して一体化してある。図１では、複数種の電子デバイスとして、ＳＡＷデバイス３ａ、３ｂ、ＩＣチップ４ａ,４ｂ、抵抗部品５ａ、容量部品５ｂが搭載されている。支持基板１は絶縁材であるガラスエポキシシートあるいはグリーンシートとも呼ばれるセラックスシートの何れかを用いることができる。本実施例ではセラミックスシートを用いた。この支持基板１とは別体に樹脂膜あるいは樹脂含浸繊維シート（所謂、プリプレグ）を所要枚数積層して厚み調整層２ａ,２ｂ,２ｃ,２ｄとしている。

支持基板１に搭載されたＳＡＷデバイス３ａ、３ｂ、ＩＣチップ４ａ,４ｂ、抵抗部品５ａ、容量部品５ｂの上面（支持基盤と反対面）には、各電子デバイスの端子を接続する所定の配線／回路パターン８が形成されている。この配線／回路パターン８により、この電子モジュールとしての機能が組織される。配線／回路パターン８の一部には外部接続端子が形成され、半田ボール９あるいは金バンプで図示しない適用対象機器に組み込むマザーボード（図示せず）に実装される。

ＳＡＷデバイス３ａ、３ｂは、圧電基板に櫛型電極（ＩＤＴ）を形成し、この櫛型電極の設置領域の上方にキャビティと称する中空の空間を封止する蓋体が設置されている。通常、ＳＡＷデバイスを単体部品とするものでは、この蓋体には金属板を用いるが、本発明では、樹脂板で封止している。本発明では、このＳＡＷデバイス３ａ、３ｂの蓋体側に端子が形成されている。そして、この樹脂板からなる蓋体上に前記配線／回路パターン８が形成される。

図２Ａ乃至図２Ｈは、図１に示した電子モジュールの製造方法の工程を順に説明する断面図である。図２Ａは支持基板１を示す。この支持基板１はセラミックスの単一シートで構成される。支持基板１の一表面のＩＣチップ搭載位置に厚み調整層２ａ,２ｄを、抵抗部品と容量部品の搭載位置に厚み調整層２ｂ,２ｃをそれぞれ設ける（図２Ｂ）。厚み調整層２ａ,２ｂ,２ｃ,２ｄとしては、厚みの異なる樹脂シートでもよいが、本実施例ではプリプレグを用いている。プリプレグの積層枚数、あるいは厚みが異なるプリプレグで厚み調整層の厚みを調整する。

そして、先ず、この実施例では最も厚みが大きいＳＡＷデバイス３ａ、３ｂを支持基板１の表面の所定の箇所に厚み調整層なしに直接搭載する（図２Ｃ）。このとき、ＳＡＷデバイス３ａ、３ｂを少量の接着剤で支持基板の所定位置に仮固定するのが望ましい。次に、厚み調整層２ａ,２ｄの上にＩＣチップ４ａ,４ｂを搭載する。続いて、厚み調整層２ｂ,２ｃの上に抵抗部品５ａ、容量部品５ｂを搭載する（図２Ｄ）。プリプレグは若干の加熱で接着効果があるので、ＩＣチップ４ａ,４ｂ、抵抗部品５ａ、容量部品５ｂの仮固定が可能である。なお、ＳＡＷデバイス３ａ、３ｂについても、前記した接着剤を塗布しないで、プリプレグによる接着効果を利用してもよい。

全ての必要な電子デバイスを搭載した支持基板は、樹脂充填工程において搭載した電子デバイスの隙間にエポキシ樹脂を好適とする熱硬化性の樹脂６を充填し、硬化させてモールドする。樹脂６が硬化してモールドが全電子デバイスを支持基板上に固定した状態では、全ての電子デバイスの上面（支持基板とは反対面）は同一平面からなるモールド面となるように樹脂の充填量を当該樹脂の硬化後の寸法を予測して精密に制御する（図２Ｅ）。各電子デバイスの端子はこの同一平面上に位置する。

電子デバイスを搭載して樹脂を充填してモールドした支持基板は、配線／回路パターンの形成工程に移る。配線／回路パターンの形成工程では、様々な方法で各電子デバイスの個々の機能を有機的に結合して一つの電子モジュールとしての総合的機能を実現させるための配線／回路パターンをモールド面上に形成する。

同一平面としたモールド面に配線／回路パターンを形成する方法として複数考えられる。ここでは２つの方法を説明する。先ず、一つの方法による配線／回路パターンの形成は以下のとおりである。当該一つの方法ではホトリソグラフィー手法を利用する。この手法では、先ず、同一平面としたモールド面の上に感光性樹脂膜（ホトレジスト）７を塗布する。感光性樹脂膜７として、ここではネガティブ型を用いることにする。この感光性樹脂膜７を配線／回路パターンの露光パターンに対応する開口パターンを備えたホトマスクを介して紫外線等で露光し、現像して、露光された部分を除去する。これにより、硬化した感光性樹脂７に配線／回路パターンに相当する開口のパターンが形成される。

次に、開口のパターンを形成した感光性樹脂７の全ての上面にメッキあるいは蒸着で金属膜を形成する（図２Ｇ）。この金属には、銅、銀あるいは金を用いるのが望ましい。ここでは、銅を用いた。そして、感光性樹脂７をその上の金属膜と共に剥離することで、開口パターンにのみ金属膜が残り、配線／回路パターン８が形成される（図２Ｈ）。この上にさらにメッキを施してもよい。形成した配線／回路パターン８の所要の部分に半田ボール９（図１参照）あるいは金バンプを形成して対象機器のマザーボード（図示せず）に実装する。

配線／回路パターンを形成する他の方法として、インクジェットを用いた方法を説明する。インクジェット法には、対象物に所要のパターンを直接描画する直描法がある。このインクジェット直描法では、ミクロン単位での精細なパターン形成が可能である。本実施例において、インクジェット直描法を用いる場合、導電性の超微粒子（ナノペーストとも称する）を溶媒に分散したものをインクとして用い、上記モールド面に配線／回路パターン８を描画して形成する。なお、インクジェット法には、感光性樹脂を用いたホトリソグラフィー手法で配線／回路パターンに対応する溝を形成し、感光性樹脂の撥親液性を利用して当該溝に導電性インクを充填することで必要な配線／回路パターンを得ることもできる。

上記の導電性の超微粒子としては、銀（Ａｇ）や銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）などが好適である。この導電性の超微粒子を適宜の溶媒に分散し、インクジェット用のインクとする。このインクジェット直描法で形成した第１段階の配線／回路パターンにニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）などの金属メッキを施して最終的な配線／回路パターン８を得る（図２Ｈ）。形成した配線／回路パターン８の所要の部分に半田ボール９（図１参照）あるいは金バンプを形成して対象機器のマザーボード（図示せず）に実装する。

本実施例の製造方法により、電子デバイスの電気的および機械的接続を半田に頼ることなく強固に接続され、外部振動や機械的衝撃に対して高い信頼性を確保した電子モジュールが得られる

図３は、本発明による電子モジュールの実施例２を説明する断面図である。本実施例の電子モジュールは、支持基板１にセラミックスシートを用いた。この支持基板１としては、基本層１ａに上層１ｂを貼り合わせた構造のものを用いる。支持基板１の上層１ｂの表面（上面）に成型されている凸面部２０ａ,２０ｂ,２０ｃ,２０ｄに、ＳＡＷデバイス３ａ、３ｂと異なる厚みを持つ他の複数種の電子デバイスであるＩＣチップ４ａ,４ｂ、抵抗部品５ａ、容量部品５ｂが搭載されている。

図４は、本発明による電子モジュールの実施例２を説明する支持基板の断面図である。支持基板１の上層１ｂの表面（上面）には異なる厚み（デバイスの背の高さ）を持つ複数種の電子デバイスの搭載上面が同一平面となるように厚み調整層を構成する凸面部２０ａ,２０ｂ,２０ｃ,２０ｄが一体成型されている。

支持基板１に搭載されたＳＡＷデバイス３ａ、３ｂ、ＩＣチップ４ａ,４ｂ、抵抗部品５ａ、容量部品５ｂの上面には、各電子デバイスの端子を接続する所定の配線／回路パターン８が形成されている。この配線／回路パターン８は前記した実施例１と同様の方法で形成される。この配線／回路パターン８の一部には外部接続端子が形成され、半田ボール９あるいは金バンプで図示しない適用対象機器に組み込むマザーボード（図示せず）に実装される。

図５は、本発明による電子モジュールの実施例３を説明する支持基板の断面図である。本実施例の支持基板１は全体として単一のセラッミクス基板であり、その上面には異なる厚み（デバイスの背の高さ）を持つ複数種の電子デバイスの搭載上面が同一平面となるように厚み調整層を構成する凸面部２００ａ,２００ｂ,２００ｃ,２００ｄが一体成型されている。

この支持基板１には、前記各実施例と同様に、ＳＡＷデバイス３ａ、３ｂ、ＩＣチップ４ａ,４ｂ、抵抗部品５ａ、容量部品５ｂが搭載され、その上面には、各電子デバイスの端子を接続する所定の配線／回路パターン８が形成されている。この配線／回路パターン８は前記した各実施例と同様の方法で形成される。この配線／回路パターン８の一部には外部接続端子が形成され、半田ボール９あるいは金バンプで図示しない適用対象機器に組み込むマザーボード（図示せず）に実装される。

なお、上記した各実施例における支持基板はセラミックスの単一層としたが、多層のセラミックス基板、ガラスエポキシその他の基板材料で構成した多層基板であっても同様に構成できる。また、このような多層基板の場合には、搭載する電子デバイスの幾つかの端子について、多層基板に有する配線／回路パターンとの端子とをスルーホールあるいはビアホールを介して電気的に接続することもできる。

また、上記の各実施例では、ＳＡＷデバイス３ａ、３ｂ、ＩＣチップ４ａ,４ｂ、抵抗部品５ａ、容量部品５ｂを支持基板にモールドして電子モジュールとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、上記の各実施例、特許請求の範囲に記述された構成に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱することなく、種々の変更が可能であることは言うまでもない。

１・・・支持基板、１ａ・・・基本層、１ｂ・・・上層、２（２ａ、２ｂ，２ｃ，２ｄ）・・・厚み調整層、３（３ａ、３ｂ）・・・表面弾性波デバイス、４（４ａ、４ｂ）・・・ＩＣチップ、５・・・受動部品、６・・・樹脂、７・・・感光性樹脂、８・・・・配線／回路パターン、９・・・・半田ボール。

Claims (8)

1. 支持基板と、該支持基板の一つの面に搭載された厚みの異なる複数種の電子デバイスを樹脂モールドで一体化した電子モジュールであって、
   前記支持基板は、厚みが異なる前記複数種の電子デバイスを、その端子部を有する上面を前記支持基板とは反対側に向けて露出した状態で搭載し、前記端子部を有する上面が同一平面となるよう電子デバイスの搭載位置ごとに厚みを設定して設けられた厚み調整部を有し、
   前記複数種の電子デバイスの前記端子部に亘って直接形成された配線／回路パターンを有することを特徴とする電子モジュール。
2. 請求項１において、
   前記電子デバイスに中空空間を樹脂板で封止した表面弾性波デバイスを含み、当該表面弾性波デバイスの前記樹脂板上に前記配線／回路パターンが形成されていることを特徴とする電子モジュール。
3. 請求項１又は２において、
   前記支持基板に有する前記厚み調整部が、当該支持基板とは別体で、対応する前記電子デバイスごとに厚みを設定して設けられたものであることを特徴とする電子モジュール。
4. 請求項１又は２において、
   前記支持基板に有する前記厚み調整部が、対応する前記電子デバイスごとに厚みを設定して当該支持基板と一体に成型されたものであることを特徴とする電子モジュール。
5. 支持基板と、該支持基板の一方の面に搭載された厚みの異なる複数種の電子デバイスを樹脂モールドで一体化した電子モジュールの製造方法であって、
   前記一方の面に搭載する最大の厚みを持つ電子デバイスを除いて当該電子デバイスの厚みの異なりを調整する厚み調整層で調整した絶縁性の支持基板を用意する工程と、
   前記厚みが異なる複数種の電子デバイスを前記支持基板の対応位置に、それらの端子部を有する上面を前記支持基板と反対側に露出させて搭載する工程と、
   搭載した前記複数種の電子デバイスの前記上面と共に同一平面の高さで当該電子デバイスの周囲と周縁に樹脂を充填して硬化させる工程と、
   前記複数種の電子デバイスの上面と前記充填した樹脂の上面に亘って、前記複数種の電子デバイスの端子に接続する配線／回路パターンを形成する工程を含むことを特徴とする電子モジュールの製造方法。
6. 請求項５において、
   前記支持基板を用意する工程に、前記厚み調整層を前記支持基板とは別体に設ける工程を有することを特徴とする電子モジュールの製造方法。
7. 請求項５において、
   前記支持基板を用意する工程に、前記厚み調整層を前記支持基板と一体成型する工程を有することを特徴とする電子モジュールの製造方法。
8. 請求項５乃至７の何れかにおいて、
   前記配線／回路パターンを形成する工程は、
   前記電子デバイスと前記充填した樹脂の上面に感光性樹脂を塗布する工程と、
   前記配線／回路パターンに対応する開口を持つ露光マスクを介して露光・現像して、当該開口パターンに相当する樹脂に開口パターンを形成する工程と、
   前記樹脂開口パターンを含めた前記上面に導電膜を形成する工程と、
   前記樹脂をその上の導電膜と共に除去して前記配線／回路パターンを形成する工程を含むことを特徴とする電子モジュールの製造方法。

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