JP2015226015A - 電子素子搭載用パッケージおよび電子装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電子素子が安定して動作可能な電子素子搭載用パッケージおよび電子装置を提供する。【解決手段】 電子素子搭載用パッケージは、金属板５と、絶縁基体２と、金属板５と絶縁基体２に挟まれており、搭載される電子素子８に電気的に接続される配線導体４を有しているフレキシブル基板３とを含んでおり、金属板５は厚み方向に貫通する孔６を有している。【選択図】図１

Description

本発明は、電子素子、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）型またはＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）型等の撮像素子が搭載される電子素子搭
載用パッケージおよび電子装置に関する。

従来からＣＣＤ型またはＣＭＯＳ型等の撮像素子をパッケージに搭載した電子装置が知られている。このような電子装置として、電子素子がパッケージに実装され、パッケージがフレキシブル基板に搭載されて、電子素子がコネクタを介してプリント基板等に電気的に接続されているものが知られている。

特開2006-339293

近年の高精細な画像や動画への要求の高まりから、電子素子の負荷が大きくなっており、電子素子から発する熱が大きいものとなっている。電子素子から発する熱が外部へ充分に放散されないと、熱によって電子素子から出力される信号の電気特性が低下したり、熱によって電子素子がパッケージから剥がれて正常な撮像が出来なくなることが懸念される。

本発明の一つの態様による電子素子搭載用パッケージは、ベースとなる金属板と、絶縁体を有する絶縁基体と、前記金属板と前記絶縁基体に挟まれており、搭載される電子素子に電気的に接続される配線導体を有しているフレキシブル基板とを備えており、前記金属板は厚み方向に貫通する孔を有している。

本発明の他の態様によれば、電子装置は、上記構成の電子素子搭載用パッケージと、該電子素子搭載用パッケージに実装されており、前記配線導体に電気的に接続された電子素子を備えていることを特徴とするものである。

本発明の一つの態様による電子素子搭載用パッケージは、ベースとなる金属板と、絶縁体を有する絶縁基体と、金属板と絶縁基体に挟まれており、搭載される電子素子に電気的に接続される配線導体を有しているフレキシブル基板とを備えており、金属板は厚み方向に貫通する孔を有していることから、搭載される電子素子が動作した際に発生する熱を、ベースとなる金属板を介して外部へ効率的に放散することが可能となり、また、金属板とフレキシブル基板との熱膨張差による熱応力を孔により緩和することが可能となり、熱応力によるパッケージの反りを抑えることが可能となり、電子素子が安定して動作可能なものとすることができる。

本発明の他の態様によれば、電子装置は、上記構成の電子素子搭載用パッケージを備えていることによって、電子素子が安定して動作可能なものとすることができる。

（ａ）は本発明の実施形態における電子装置を示す縦断面図であり、（ｂ）は（ａ）の下面図である。 本発明の実施形態における電子装置の他の例における要部拡大縦断面図である。 （ａ）および（ｂ）は電子装置の他の例を示す下面図である。 比較例における電子装置を示す縦断面図である。 図１に示された金属板に貫通する孔を有する電子装置と比較例の配線基板とのシミュレーション結果を示すグラフである。

本発明の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。

図１に示されているように、本発明の実施形態における電子装置１は、電子素子搭載用パッケージと、電子素子搭載用パッケージに実装された電子素子８とを含んでいる。電子装置１は、例えば電子モジュールを構成するプリント基板上に接合材を用いて接続される。

電子素子搭載用パッケージは、ベースとなる金属板５と、絶縁基体２と、フレキシブル基板３とを含んでいる。

絶縁基体２は、互いに積層された複数の絶縁層（絶縁体ともいう）２ａ〜２ｃから成る。絶縁層２ａ〜２ｃは、例えば、酸化アルミニウム質焼結体，窒化アルミニウム質焼結体，炭化珪素質焼結体，窒化珪素質焼結体，ムライト質焼結体またはガラスセラミックス等のセラミック材料、あるいは、ポリイミド，エポキシ樹脂，フッ素樹脂，ポリノルボルネンまたはベンゾシクロブテン等の有機樹脂材料、あるいはセラミック材料の粉末を有機樹脂材料中に分散して成る複合絶縁材料等の電気絶縁材料から成るものである。絶縁基体２は、例えばセラミックグリーンシート積層法またはアディティブ法等の基板形成手段によって形成される。

絶縁基体２が、例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合であれば、まず、酸化アルミニウム，酸化珪素，酸化カルシウムまたは酸化マグネシウム等の原料粉末に適当な有機バインダーおよび溶剤等を添加混合して泥漿状となし、これをドクターブレード法等のシート形成方法によってシート状となすことによって絶縁層２ａ〜２ｃとなるセラミックグリーンシートを得る。このセラミックグリーンシートを適当な大きさに切断して、上下に積層して積層体を作製し、この積層体を還元雰囲気中で約1,600℃の温度で焼成するこ
とによって複数の絶縁層２ａ〜２ｃが積層された絶縁基体２が製作される。

絶縁基体２には配線導体が設けられている。配線としては、例えば、絶縁基体２の上面には電子素子と電気的に接続される接続電極が設けられ、絶縁基体２の下面にはフレキシブル基板３の配線導体４と接続される端子電極が設けられ、絶縁基体２の内部には接続電極と端子電極とを電気的に接続する、貫通導体を含む内部配線が設けられている。絶縁基体２が、例えばセラミック材料から成る場合であれば、配線は、例えばタングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ），モリブデン−マンガン（Ｍｏ−Ｍｎ），銅（Ｃｕ），銀（Ａｇ）または銀−パラジウム（Ａｇ−Ｐｄ）等の金属材料を用いることができる。上記した絶縁基体２を作製する工程において、タングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ），モリブデン−マンガン（Ｍｏ−Ｍｎ），銅（Ｃｕ），銀（Ａｇ）または銀−パラジウム（Ａｇ−Ｐｄ）等の粉末に適当な有機バインダーおよび溶媒等を添加混合して得た導体ペーストを、絶縁基体２となるセラミックグリーンシートに予めスクリーン印刷法によって所定のパターンに印刷塗布して、絶縁基体２となるセラミックグリーンシートと同時に焼成することによって、絶縁基体２の所定位置に被着形成される。配線が貫通導体である場合は、金型
やパンチングによる打ち抜き加工やレーザー加工によってグリーンシートに貫通孔を形成して、この貫通孔に印刷法によって配線用の導体ペーストを充填しておくことによって形成される。

絶縁基体２が、例えばエポキシ樹脂から成る場合であれば、まず、ガラス繊維を織り込んだ布にエポキシ樹脂を含浸させて成るガラスエポキシ樹脂から成る基板を最下層の絶縁層２ｃとし、その上面に液状の熱硬化性または感光性のエポキシ樹脂前駆体をスピンコート法もしくはカーテンコート法等により被着させ、これを加熱あるいは紫外線等の光を照射することで硬化処理することによって絶縁層２ｂを形成する。さらにこの上に必要な層数に応じて繰り返し絶縁層を形成することで複数の絶縁層２ａ〜２ｃを形成される。

絶縁基体２が有機樹脂材料から成る場合であれば、配線は、上記のように形成する絶縁層と、銅層を無電解めっき法または蒸着法等の薄膜形成技術およびフォトリソグラフィ技術を採用することによって作製される。例えば、感光性樹脂を用いて貫通孔を有する絶縁層を形成し、絶縁層上に所定パターン形状のマスクを形成して、スパッタリング法，真空蒸着法またはメッキ法によって貫通孔内および絶縁層の表面に所定形状の金属薄膜を形成すればよい。または、マスクを形成せずに絶縁層の上面の全面に金属薄膜を形成した後に、所定形状のマスクを形成して不要な部分をエッチングによって除去する方法で形成してもよい。あるいは、例えば銅から成る金属箔を所定形状に加工して絶縁層上に転写することで配線導体および電極を形成してもよい。

図１に示された例において、電子素子８とフレキシブル基板３上に形成されている電極７とは、絶縁基体２に形成された貫通導体を含む配線を介して接続されている。電極７は、フレキシブル基板３の貫通導体を介して配線導体４と接続されている。なお、絶縁基体２として枠状のものを用い、電子素子８を絶縁基体２の枠内に露出したフレキシブル基板３上に実装するようにしてもよい。

フレキシブル基板３は、金属板５と絶縁基体２に挟まれており、搭載された電子素子８に電気的に接続される配線導体４を有している。具体的には、例えば、絶縁層と、配線導体４と、フレキシブル基板３の内部の図示されていない接着層と、カバー層とを含んでいる。絶縁層が、例えばポリイミド層から成る場合であれば、フィルム状のベースとなる絶縁層の上下に接着層を介して銅箔を圧着した後に、エッチング処理にて配線導体４を形成し、さらにこの上にカバー層を積層することでフレキシブル基板３を形成することができる。

配線導体４は、信号用の配線導体とグランド用の配線導体で伝送線路を形成しており、信号用の配線導体の配線幅や配線厚、または信号用の配線導体とグランド用の配線導体間の距離、あるいは絶縁層やカバー層の厚みを設定することによって、特性インピーダンスを任意の値（一般的には、シングル配線であれば50Ω、差動配線であれば100Ω）に設定
することができる。特性インピーダンスが整合された信号伝送路によって、信号の伝送特性が向上された電子装置１を実現することが可能となる。伝送送路は、高周波信号を伝送するのに適した構造であればよく、例えば、マイクロストリップ線路、ストリップ線路、コプレナー線路、または２つの平行な線路導体からなる差動線路構造としてもよい。

フレキシブル基板３に形成されている配線導体４および電極７は、例えば銅（Ｃｕ），銀（Ａｇ），ニッケル（Ｎｉ），クロム（Ｃｒ），チタン（Ｔｉ），金（Ａｕ），ニオブ（Ｎｂ）またはそれらの合金等の金属材料から成る薄膜等で形成することができる。

図１において、フレキシブル基板３の下面には金属板５が設けられており、金属板５には厚み方向に貫通する孔６が形成されている、すなわち金属板５が厚み方向に貫通する孔
６を有しているものとなっている。このようにフレキシブル基板３の下面に金属板５が設けられていることによって、搭載された電子素子８が動作した際に発生する熱を、金属板５を介して外部へ効率的に放散することが可能となる。また、フレキシブル基板３の下面には金属板５が設けられており、金属板５が厚み方向に貫通する孔６を有してることによって、金属板５とフレキシブル基板３との熱膨張差による熱応力を孔６により緩和することが可能となり、熱応力によるパッケージの反りを抑えることが可能となる。これらのことから、電子素子が安定して動作可能なものとすることができる。

また、金属板５の孔６は、平面透視で配線導体４と重なる位置に設けられていることが好ましい。フレキシブル基板３において、金属板５と絶縁基体２に挟まれている部分と金属板５と絶縁基体２に挟まれていない部分において配線導体４の特性インピーダンスが異なるという場合がある。具体的には、金属板５と絶縁基体２に挟まれている部分においては、フレキシブル基板３の配線導体４に導体である金属板５が近接しているため、インピーダンスが低下してしまう。配線導体４と重なる位置に金属板５が厚み方向に貫通する孔６を有していることから、配線導体４における孔６と重なる部分のインピーダンスを重ならない部分のインピーダンスより高めることができる。よって、金属板５と絶縁基体２に挟まれている部分のフレキシブル基板３の配線導体４の特性インピーダンスを高くすることができるため、金属板５と絶縁基体２に挟まれている部分の特性インピーダンスを金属板４と絶縁基体に挟まれていない部分のインピーダンスに近づけることができる。その結果として、高速の信号を伝送する際にも安定した動作を確保することができる。

厚み方向に貫通する孔６の大きさは、配線導体４の幅方向の長さを、配線導体４の配線幅の３倍以上とし、配線導体４の長さ方向の長さを、フレキシブル基板３を伝送される信号の波長の１／１６よりも小さくすることで、配線導体４の特性インピーダンスを高めつつ、伝送される信号が厚み方向に貫通する孔６より漏洩することを防止できる。

なお、図２に示されるように、金属板５の厚み方向に貫通する孔６は、金属板５の下面側より上面側が大きいのが好ましい。金属板５の下面側より上面側が大きいと、電子素子８からの熱を平面方向に拡散させつつ、金属板５の下面方向へ伝えることができ、より効率的に外部に放散することが可能となり、好ましい。

また、図２に示されるように、金属板５の孔６は上面から下面にかけて漸次大きくなっていると、金属板５と配線導体４との間の距離が暫次大きくなるため、配線導体４の特性インピーダンスの変化が緩やかなものとなり、特性インピーダンスの急激な変化による反射ノイズが発生するのを抑制することができる。厚み方向に貫通する孔６の上面側は、少なくとも下面側より金属板５の厚み分以上に大きくする、すなわち、金属板５の下面と孔６の内面との間の角度を４５度以下とすることで、配線導体４の特性インピーダンスの急激な変化による反射ノイズの増加を抑制することができる。

ここで、図２に示された構造の具体例について説明すると、絶縁基体２の比誘電率が１０.０であり、配線導体４の配線幅が５０μｍ、配線導体４を伝送される信号の最大周波
数が５ＧＨｚである場合には、厚み方向に貫通する孔６のサイズは、配線導体４の配線幅の３倍である１５０μｍ以上、信号の波長の１／１６である約１．２ｍｍ以下とすればよい。

また、図３（ａ）に示されるように、金属板５の孔６は、平面透視で配線導体４と重なる位置にのみ設けられていると、配線導体４の特性インピーダンスを高めることができるとともに、金属板５の機械的強度を適度に保つことが可能となり、好ましい。なお、金属板５の孔６は、平面透視において孔６の中心が配線導体４の幅方向の中心と重なるように設けることで、配線導体４に対する特性インピーダンスの偏りをなくすことができるため
、良好な信号を伝送することができ、好ましい。

また、図３（ｂ）に示されるように、金属板５とフレキシブル基板３とが重なる領域において、配線導体４の配置に偏りがある場合は、配線導体４と重ならない位置にも孔６を設けて孔６の配置が偏らないようにすると、熱応力の分布に偏りが発生することがなくなり、パッケージの反りを抑えることができるので好ましい。例えば、図３の例では、金属板５の中心線ｃより右側だけに配線導体４が存在するが、中心線ｃの左側にも孔６を設けている。このとき、中心線ｃに対して対称となるように孔６を配置している。上下方向にも対称に配置しており、全体的に偏りなく孔６が配置されている。

以下、図２に示された電子装置１（金属板５に貫通する孔６を有する電子素子搭載用パッケージ）と比較例の電子装置４１（金属板４５に孔６を有しない電子素子搭載用パッケージ）との伝送特性のシミュレーション結果について図５を参照して説明する。

図５は、電子素子搭載用パッケージの反射特性を示すグラフであり、横軸は周波数を、縦軸は反射量S11をデシベル表示にて示している。また、図５において、実線は本実施形
態の電子装置１の場合の特性を示し、破線は比較例の電子装置４１の場合の特性を示している。

本実施形態の電子素子搭載用パッケージのシミュレーションモデルでは、絶縁基体２は、誘電率が１０．０、サイズが１０ｍｍ角、厚みが２５０μｍであり、フレキシブル基板３の厚みが１０７．５μｍ（配線層が１８μｍ、絶縁層が２５μｍ、接着層が５２μｍ、カバー層が１２．５μｍ）、配線導体４の配線幅が４０μｍ、配線厚みが１８μｍ、配線間距離が４０μｍの差動配線であり、金属板５のサイズが１０ｍｍ角、厚みが５０μｍであり、貫通する孔６は、サイズが４００μｍ角で、８００μｍピッチで配線導体４と重なるように形成されている。この場合、配線導体４の特性インピーダンスは、金属板５に貫通する孔６がない部分の特性インピーダンスと、貫通する孔６の部分の特性インピーダンスの平均である８１．４Ωとなり、金属板５と絶縁基体２に挟まれていない部分のフレキシブル基板３の配線導体４の特性インピーダンス８４．６Ωにより近づく。

これに対して比較例の電子素子搭載用パッケージは、図４に示されているものであり、絶縁基体４２のサイズが１０ｍｍ角であり、貫通する孔６がない点以外は同様の構成である。この場合、配線導体４４の特性インピーダンスは、８０．０Ωとなる。

図５に示されているように、５ＧＨzまでの反射特性において、比較例の電子装置４１
においては、反射量の最大値が４．２ＧＨzで−１３．１ｄBに対して、本実施形態の配線基板においては、反射量の最大値が４．１ＧＨzで−１４．４ｄBとなっており改善されている。

このようなことから、図２に示された電子素子搭載用パッケージでは、金属板５と絶縁基体２に挟まれている部分のフレキシブル基板３の配線導体４の特性インピーダンスを効果的に高め、金属板５と絶縁基体２に挟まれていない部分のフレキシブル基板３の配線導体４の特性インピーダンスと整合を図れるため、反射特性を改善することができる。

本実施形態の電子素子搭載用パッケージによれば、ベースとなる金属板５と、絶縁体から成る絶縁基体２と、金属板５と絶縁基体２に挟まれており、搭載される電子素子８に電気的に接続される配線導体４を有しているフレキシブル基板３とを含んでおり、金属板５は厚み方向に貫通する孔６を有していることから、搭載される電子素子が動作した際に発生する熱を、ベースとなる金属板を介して外部へ効率的に放散することが可能となり、また、金属板５とフレキシブル基板３との熱膨張差による応力を孔６により緩和することが
可能となり、金属板５とフレキシブル基板３との熱膨張差よる応力に伴う反りを抑え、電子装置における断線等を抑制することが可能となり、電子素子が安定して動作可能なものとすることができる。

本実施形態の電子装置によれば、上記構成の電子素子搭載用パッケージを有していることによって、電子素子が安定して動作可能なものとすることができる。

１：電子装置
２：絶縁基体
３：フレキシブル基板
４：配線導体
５：金属板
６：孔
７：電極
８：電子素子

Claims (4)

1. 金属板と、
   絶縁基体と、
   前記金属板と前記絶縁基体に挟まれており、搭載される電子素子に電気的に接続される配線導体を有しているフレキシブル基板とを備えており、
   前記金属板は厚み方向に貫通する孔を有していることを特徴とする電子素子搭載用パッケージ。
2. 前記金属板の前記孔は、前記金属板の下面側より上面側が大きいことを特徴とする請求項１に記載の電子素子搭載用パッケージ。
3. 前記金属板の前記孔は、平面透視で前記配線導体と重なる位置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電子素子搭載用パッケージ。
4. 請求項１に記載の電子素子搭載用パッケージと、
   該電子素子搭載用パッケージに実装されており、前記配線導体に電気的に接続された電子素子とを備えていることを特徴とする電子装置。