JP2017045757A - 電子回路モジュールおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】高いフレキシブル性を有し、高性能、高機能な電子回路モジュールを提供する。【解決手段】電子回路モジュール10は、複合型IC20とフレキシブル基板30とを備える。複合型IC20は、第1機能IC21、第2機能IC22、および配線導体231,232が一体形成されてなる。第1機能IC21は、第1の機能を実現する回路が第1の半導体に形成されてなる。第2機能IC22は、第2の機能を実現する回路が第2の半導体に形成されてなる。配線導体231,232は、第1機能IC21と第2機能IC22を接続するバネ性を有する導体である。【選択図】 図1
Description
この発明は、それぞれに独立した機能を有する複数の回路部を備える電子回路モジュールに関する。
現在、半導体に回路を形成して複数の機能を実行する半導体ICが、各種の電子回路モジュールに多く利用されている。
半導体ICの実装技術として、非特許文献1には、半導体ICをフレキシブル基板に実装する技術が示されている。非特許文献1には、フレキシブル基板に半導体ICを実装する技術として、TAB(Tape Automated Bonding)、フリップチップボンディング、ワイヤーボンディングが記載されている。
エレクトロニクス実装学会誌 Vol 7 No.5 (2004)
電子回路モジュールは、高性能化や高機能化が要求されており、また一方で小型化が要求されている。
電子回路モジュールの高性能化や高機能化を実現しようとすると、半導体ICが大きくなってしまう。このため、このような半導体ICが実装された電子回路モジュールを小型化するには、フレキシブル基板の変形可能な形状を多様化する必要がある。
しかしながら、上述の従来の実装技術では、半導体ICの全面がフレキシブル基板に当接するため、半導体ICの形状が大きくなれば、変形が不可能な領域が大きくなってしまい、電子回路モジュールとしてのフレキシブル性が低下してしまう。
したがって、本発明の目的は、高いフレキシブル性を有し、高性能、高機能な電子回路モジュールを提供することにある。
この発明の電子回路モジュールは、複合型機能部品とフレキシブル基板とを備える。複合型機能部品は、第1機能部品、第2機能部品、および配線導体が一体形成されてなる。第1機能部品は、第1の機能を実現する回路が形成されてなる。第2機能部品は、第2の機能を実現する回路が形成されてなる。配線導体は、第1機能部品と第2機能部品を接続するバネ性を有する導体である。
この構成では、高性能、高機能な処理が第1機能部品と第2機能部品とに分割されて実行される。また、第1機能部品と第2機能部品を接続する配線導体の部分は、容易に湾曲する。したがって、第1機能部品と第2機能部品とを1つソリッドな基板で形成するよりも、フレキシブル性は向上する。
また、この発明の電子回路モジュールでは、配線導体は、第1機能部品および第2機能部品の厚み方向において、フレキシブル基板に当接しない面よりもフレキシブル基板に当接する面に近い位置に配置されていることが好ましい。
この構成では、配線導体の湾曲量が小さくなる。
また、この発明の電子回路モジュールでは、配線導体はフレキシブル基板に当接していることが好ましい。
この構成では、配線導体の湾曲量がフレキシブル基板の湾曲量と同じになるので、フレキシブル性がより向上する。
また、この発明の電子回路モジュールでは、配線導体は、第1機能部品に接続する第1端と第2機能部品に接続する第2端との途中位置おける断面積が第1端の断面積および第2端の断面積よりも小さい形状であることが好ましい。
この構成では、配線導体がさらに湾曲し易くなる。
また、この発明の電子回路モジュールでは、配線導体は、屈曲形状を有していてもよい。
この構成では、配線導体がさらに湾曲し易くなる。
また、この発明の電子回路モジュールでは、次の構成であってもよい。配線導体は、第1導体と第2導体と層状にした構成を有する。第1導体のバネ性は第2導体のバネ性よりも優れている。第2導体の導電率は第1導体の導電率よりも高い。第1導体の断面積は、第2導体の断面積よりも大きい。
この構成では、配線導体の湾曲性と導電性を両立しながら、より優れたバネ性を実現することができる。
また、この発明の電子回路モジュールの製造方法では、次の各工程を有する。電子回路モジュールの製造方法は、第1機能部品を構成する回路と第2機能部品を構成する回路とを半導体基板の異なる位置に形成する工程を有する。電子回路モジュールの製造方法は、半導体基板における第1機能部品の領域と第2機能部品の領域との間に、配線導体を形成する工程を有する。電子回路モジュールの製造方法は、第1機能部品、第2機能部品、および配線導体が一体化された状態で半導体基板から削り出して、複合型機能部品を形成する工程を有する。電子回路モジュールの製造方法は、複合型機能部品をフレキシブル基板に実装する工程を有する。
この製造方法では、高いフレキシブル性を有し、高性能、高機能な電子回路モジュールを容易に製造することができる。
この発明によれば、高いフレキシブル性を有し、高性能、高機能な電子回路モジュールを実現することができる。
本発明の第1の実施形態に係る電子回路モジュールについて、図を参照して説明する。図1は、本発明の第1の実施形態に係る電子回路モジュールの外観斜視図である。図2(A)は、本発明の第1の実施形態に係る電子回路モジュールの平面図である。図2(B)は、本発明の第1の実施形態に係る電子回路モジュールの側面図である。
図1、図2に示すように、電子回路モジュール10は、複合型機能部品としての複合型IC20とフレキシブル基板30を備える。
フレキシブル基板30は、ポリイミド、PET等の絶縁性材料からなり、高い可撓性を有する。
複合型IC20は、第1機能IC21、第2機能IC22、および、配線導体231,232を備える。
第1機能IC21は、第1の機能を実現する回路を半導体基板に形成してなる。この回路は、半導体基板の1つの表面および表面から所定深さの領域内に形成されており、この部分が第1機能回路部210となる。第1機能IC21は、本発明の「第1機能部品」に相当する。
第2機能IC22は、第2の機能を実現する回路を半導体基板に形成してなる。第2の機能は、第1の機能と異なる機能である。この回路は、半導体基板の1つの表面および表面から所定深さの領域内に形成されており、この部分が第2機能回路部220となる。第2機能IC22は、本発明の「第2機能部品」に相当する。
これら第1機能IC21と第2機能IC22が形成される半導体基板は、例えばSiを母材としている。第1機能IC21と第2機能IC22を構成する回路パターンは、半導体基板に対して既知の方法によって形成されている。
配線導体231,232は、第1機能IC21と第2機能IC22を接続している。配線導体231,232は、ある程度の断面積を有する直線状の導体である。配線導体231,232はバネ性を有する。配線導体231,232の材料は、例えば、ベリリウム銅、リン青銅、洋白、タングステン、ニッケル、鉄合金(炭素鋼、ステンレス等)、クロム系合金等を用いるとよい。また、配線導体は必ずしも複数必要ではなく、1つであってもよい。
配線導体231,232は、第1機能IC21と第2機能IC22とを半導体基板に形成した際に形成する再配線層や、半導体基板に対するセミアディティブ法などの電極パターン形成プロセスおよびドライエッチングなどの半導体基板の部分除去プロセスの組み合わせによって形成されている。
また、配線導体231,232は、第1機能IC21の第1機能回路部210側の部分と第2機能IC22の第2機能回路部220側の部分とを接続している。
複合型IC20は、接着剤等を用いてフレキシブル基板30の表面に実装されている。この際、複合型IC20は、第1機能IC21における第1機能回路部210と反対側の面および第2機能IC22における第2機能回路部220と反対側の面がフレキシブル基板30の表面に対向するように、フレキシブル基板30に実装されている。
図3は、本発明の第1の実施形態に係る電子回路モジュールを湾曲させた状態を示す側面図である。
本実施形態の電子回路モジュール10では、配線導体231,232がバネ性を有するので、フレキシブル基板30が湾曲すると、この湾曲に応じて配線導体231,232は変形する。したがって、電子回路モジュール10の湾曲性の低下を抑制することができる。
また、本実施形態の電子回路モジュール10では、第1機能IC21と第2機能IC22によって処理を実行することにより、電子回路モジュールの高性能化や高機能化が実現できる。
このように、本実施形態に係る構成を用いることによって、フレキシブル性に優れ、高性能、高機能な電子回路モジュール10を実現することができる。
また、本実施形態に係る構成では、配線導体231,232がフレキシブル基板30の表面から離間している。したがって、フレキシブル基板30の表面における配線導体231,232の投影領域に配線パターンが形成されていても、短絡しない。これにより、フレキシブル基板30の配線パターンの自由度を向上することができる。また、フレキシブル基板30の表面に、短絡防止用の絶縁性の保護膜を設けなくてもよい。
このような構成からなる電子回路モジュール10は、次に示す方法によって製造される。図4は、本発明の第1の実施形態に係る電子回路モジュールの製造方法を示すフローチャートである。
まず、半導体基板の離間した位置に第1機能回路部210と第2機能回路部220を形成する(S101)。この工程は、半導体ICの形成プロセスを用いて実現することができる。
次に、第1機能回路部210と第2機能回路部220とを接続する配線導体231,232を形成する(S102)。この工程は、半導体基板の表面に形成する再配線層(RDL)の形成プロセスを用いて実現することができる。また、この工程は、半導体基板に対するセミアディティブ法などの電極パターン形成プロセスおよび半導体基板のドライエッチングなどの部分除去プロセスを組み合わせて実現することができる。具体的には、半導体基板における配線導体231,232の形成部分をドライエッチング等によって削除し、凹部を形成する。次に、凹部にシード層を形成して、メッキによって凹部に金属を充填する。次に、配線導体231,232のみが残るように、CMPなどを用いて半導体表面を平坦化し、その後、半導体基板における第1機能回路部210の領域と第2機能回路部220の領域との間の部分をドライエッチングする。この工程によって、第1機能IC21、第2機能IC22、および、配線導体231,232が一体形成された複合型IC20が形成される。この工程までは、複数の複合型IC20を配列可能な大きさの半導体基板によって実行される。他の具体的製造プロセスとしては、半導体基板における配線導体231,232の形成部分をセミアディティブプロセスなどで形成し、次に、配線導体231,232のみが残るように、半導体基板における第1機能回路部210の領域と第2機能回路部220の領域との間の部分をドライエッチングなどの選択エッチングプロセスにより分離する。
次に、複合型IC20を半導体基板から切り出す(S103)。そして、複合型IC20をフレキシブル基板30に接着剤等を用いて実装する(S104)。ここで、切り出す際のストレスによる配線導体および接続部へのダメージを防止するため、IC210とIC220の間隙をあとで除去できる充填剤で埋めて剛体構造とし、実装後に充填剤を除去してもよい。また、第1機能回路部210の領域と第2機能回路部220の領域の間をエッチングするために、配線導体だけでなくフレキシブル基板30に対しても選択性のあるエッチング方法を使用することで、フレキシブル基板に実装した後で第1機能回路部210の領域と第2機能回路部220の領域の間をエッチングしてもよい。
このように本実施形態の製造方法を用いることによって、フレキシブル性に優れ、高性能、高機能な電子回路モジュール10を容易に製造することができる。
また、このように半導体プロセスを用いることによって、ICの間隔を10μm程度まで近接させることができ、さらに小型化が容易になる。
次に、本発明の第2の実施形態に係る電子回路モジュールについて、図を参照して説明する。図5(A)は、本発明の第2の実施形態に係る電子回路モジュールの平面図である。図5(B)は、本発明の第2の実施形態に係る電子回路モジュールの側面図である。
本実施形態に係る電子回路モジュール10Aは、第1の実施形態に係る電子回路モジュール10に対して、フレキシブル基板30への複合型IC20の配置姿勢において異なる。他の構成は、第1の実施形態に係る電子回路モジュール10と同じである。
電子回路モジュール10Aでは、第1機能回路部210、第2機能回路部220、および、配線導体231,232がフレキシブル基板30の表面に当接した状態で、複合型IC20はフレキシブル基板30に実装されている。
このような構成では、フレキシブル基板30の湾曲量と配線導体231,232の湾曲量が略同じになる。したがって、配線導体231,232によるフレキシブル基板30のフレキシブル性の低下がより抑制される。
これにより、フレキシブル性がさらに優れ、高性能、高機能な電子回路モジュール10Aを実現することができる。なお、配線導体231,232は、フレキシブル基板30の表面に当接していなくてもよい。すなわち、第1、第2機能回路部210,220の厚み方向において、当該第1、第2機能回路部210,220は、フレキシブル基板30に当接しない面より当接する面に近い位置に配置されていればよい。この構成であっても、配線導体231,232の湾曲量を少なくすることができる。
次に、本発明の第3の実施形態に係る電子回路モジュールについて、図を参照して説明する。図6は、本発明の第3の実施形態に係る電子回路モジュールの側面図である。
本実施形態に係る電子回路モジュール10Bは、第2の実施形態に電子回路モジュール10Aに対して、複合型IC20Bの構造において異なる。他の構成は、第2の実施形態に係る電子回路モジュール10Aと同じである。
複合型IC20Bは、配線導体231,232が第1機能IC21の第1機能回路部210側の面および第2機能IC22の第2機能回路部220側の面から突出している。
配線導体231,232は、フレキシブル基板30の表面に接合されている。第1機能IC21の第1機能回路部210側の面および第2機能IC22の第2機能回路部220側の面は、フレキシブル基板30の表面に接合されていない。
このような構成とすることによって、フレキシブル基板30が第1機能IC21および第2機能IC22によって拘束されない。したがって、フレキシブル性がさらに優れ、高性能、高機能な電子回路モジュール10Bを実現することができる。
次に、本発明の第4の実施形態に係る電子回路モジュールについて、図を参照して説明する。図7は、本発明の第4の実施形態に係る電子回路モジュールの側面図である。
本実施形態に係る電子回路モジュール10Cは、第1の実施形態に係る電子回路モジュール10に対して、第1機能IC21C、第2機能IC22C、配線導体231Cの構成において異なる。他の構成は、第1の実施形態に係る電子回路モジュール10と同じである。
第1機能IC21Cは、第1機能回路部210側の面からその反対側の面に貫通するビア電極211を備える。ビア電極211は、第1機能回路部210に接続されている。
第2機能IC22Cは、第2機能回路部220側の面からその反対側の面に貫通するビア電極221を備える。ビア電極221は、第2機能回路部220に接続されている。
配線導体231Cは、第1機能IC21Cにおける第1機能回路部210側の面と反対側の面、および、第2機能IC22Cにおける第2機能回路部220側の面と反対側の面に配置されている。配線導体231Cの第1端は第1機能IC21Cのビア電極211に接続されている。配線導体231Cの第2端は第2機能IC22Cのビア電極221に接続されている。配線導体231Cは、フレキシブル基板30の表面に当接している。なお、第1の実施形態に示す配線導体232に対応する配線導体も備えられている(図示を省略している)が、その構造は配線導体231Cと同じである。
このような構成であっても、第1の実施形態と同様の作用効果を奏することができる。また、この構成では、第1機能回路部210および第2機能回路部220をフレキシブル基板30の表面に対向させたくないような場合、例えば、第1機能回路部210および第2機能回路部220とフレキシブル基板30の表面の電極の短絡防止の場合であっても、配線導体231Cがフレキシブル基板30に当接しているので、優れたフレキシブル性を実現することができる。
次に、本発明の第5の実施形態に係る電子回路モジュールについて、図を参照して説明する。図8は、本発明の第5の実施形態に係る電子回路モジュールの側面図である。
本実施形態に係る電子回路モジュール10Dは、第2の実施形態に係る電子回路モジュール10Aに対して、配線導体231Dの構成において異なる。他の構成は、第2の実施形態に係る電子回路モジュール10Aと同じである。
配線導体231Dでは、第1機能IC21に接続する第1端と、第2機能IC22に接続する第2端との厚みが、第1端と第2端との間の途中部分の厚みよりも厚い。言い換えれば、途中部分の厚みは、第1端および第2端の厚みよりも薄い。これにより、途中部分の断面積は、第1端および第2端の断面積よりも小さい。したがって、配線導体231Dの途中部分の可撓性が向上し、さらに優れたフレキシブル性を実現することができる。なお、第2の実施形態に示す配線導体232に対応する配線導体も備えられている(図示を省略している)が、その構造は配線導体231Dと同じである。
このように本実施形態の構成を用いることによって、さらに優れたフレキシブル性を有する電子回路モジュール10Dを実現することができる。
なお、本実施形態では厚みを変化させる態様を示したが、断面積が変化していれば、他の態様であってもよい。ただし、フレキシブル基板30の表面に直交する寸法(本実施形態では厚み)が小さい方が、他の部分の寸法が小さい態様よりも、フレキシブル基板30のフレキシブル性を阻害しにくく、好ましい。
次に、本発明の第6の実施形態に係る電子回路モジュールについて、図を参照して説明する。図9は、本発明の第6の実施形態に係る電子回路モジュールの平面図である。
本実施形態に係る電子回路モジュール10Eは、第1の実施形態に係る電子回路モジュール10に対して、配線導体231E,232Eの形状において異なる。
配線導体231E,232Eは、平面視して、延びる方向の途中において屈曲している。具体的に、図9の例では、配線導体231E,232Eの途中部分は、平面視してメアンダ形状である。なお、途中部分とは、配線導体231E,232Eが第1機能IC21に接続する第1端と第2機能IC22に接続する第2端との間の部分である。
このような構成とすることによって、フレキシブル基板30の湾曲に追随して配線導体231E,232Eも変形し易い。したがって、さらに優れたフレキシブル性を実現することができる。また、配線導体231E,232Eに加わる引っ張り応力および圧縮応力が小さくなり、信頼性を向上することができる。
次に、本発明の第7の実施形態に係る電子回路モジュールについて、図を参照して説明する。図10(A)は、本発明の第7の実施形態に係る電子回路モジュールの配線導体の第1追加態様を示す断面図である。図10(B)は、本発明の第7の実施形態に係る電子回路モジュールの配線導体の第2追加態様を示す断面図である。
本実施形態に係る電子回路モジュールの配線導体は、異なる材質からなる二種類の導体を層状にした構成を備える。
図10(A)に示すように、配線導体231F1は、第1導体2311、第2導体2312を備える。第1導体2311および第2導体2312は、断面が矩形である。第1導体2311の表面には第2導体2312が配置されている。すなわち、第1導体2311と第2導体2312とは、厚み方向に沿って積層されている。この構成は、上述の製造方法において、凹部を埋める二種類のメッキを順に行うことによって実現される。
第1導体2311は、第2導体2312よりも厚い。第1導体2311は、第2導体2312と比較してバネ性に優れる。なお、バネ性に優れるとは、外部からの力に対して、靱性が高く弾性域が広いことを意味する。第2導体2312の導電率は、第1導体2311の導電率よりも高い。
図10(B)に示すように、配線導体231F2は、第1導体2313、第2導体2314を備える。第1導体2313は、断面が矩形である。第1導体2313の外周面には第2導体2314が配置されている。この構成は、上述の製造方法にて形成した第1導体2313を露出させた後に、第2導体2314でめっき処理することによって実現される。
第1導体2313は、第2導体2314よりも厚い。第1導体2313は、第2導体2314と比較してバネ性に優れる。第2導体2314の導電率は、第1導体2313の導電率よりも高い。
これらの構成を用いることによって、優れたフレキシブル性と高い導電率との両立を、より容易に実現することができる。
上述の電子回路モジュールは、例えば、次に示すような回路構成に適用される。図11は、本発明の実施形態に係る電子回路モジュールの適用の一態様を示す機能ブロック図である。
電子回路モジュール90は、CPU部91、電源部92、RF部93、メモリ94、および、配線パターン901,902,903を備える。CPU部91は配線パターン901を介して電源部92に接続されている。また、CPU部91は、配線パターン903を介してメモリ94に接続されている。電源部92は、配線パターン902を介してRF部93に接続されている。
このような構成において、CPU部91、電源部92、RF部93、メモリ94は、上述の機能ICによって実現される。また、配線パターン901,902,903は、上述の配線導体によって実現される。
なお、上述の各実施形態の構成は、適宜組み合わせることも可能である。
10,10A,10B,10C,10D,10E:電子回路モジュール
20,20B:複合型IC
21,21C:第1機能IC
22,22C:第2機能IC
30:フレキシブル基板
90:電子回路モジュール
91:CPU部
92:電源部
93:RF部
94:メモリ
210:第1機能回路部
211:ビア電極
220:第2機能回路部
221:ビア電極
231,232,231C,231D,231E,232E,231F1,231F2:配線導体
901,902,903:配線パターン
2311:第1導体
2312:第2導体
2313:第1導体
2314:第2導体
20,20B:複合型IC
21,21C:第1機能IC
22,22C:第2機能IC
30:フレキシブル基板
90:電子回路モジュール
91:CPU部
92:電源部
93:RF部
94:メモリ
210:第1機能回路部
211:ビア電極
220:第2機能回路部
221:ビア電極
231,232,231C,231D,231E,232E,231F1,231F2:配線導体
901,902,903:配線パターン
2311:第1導体
2312:第2導体
2313:第1導体
2314:第2導体
Claims (7)
- 第1の機能を実現する回路が形成された第1機能部品、第2の機能を実現する回路が形成された第2機能部品、および、前記第1機能部品と前記第2機能部品を接続するバネ性を有する配線導体が一体形成された複合型機能部品と、
前記複合型機能部品が実装されるフレキシブル基板と、
を備えた、電子回路モジュール。 - 前記配線導体は、前記第1機能部品および前記第2機能部品の厚み方向において、前記フレキシブル基板に当接しない面よりも前記フレキシブル基板に当接する面に近い位置に配置されている、
請求項1に記載の電子回路モジュール。 - 前記配線導体は、前記フレキシブル基板に当接している、
請求項2に記載の電子回路モジュール。 - 前記配線導体は、前記第1機能部品に接続する第1端と前記第2機能部品に接続する第2端との途中位置おける断面積が前記第1端の断面積および前記第2端の断面積よりも小さい形状である、
請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の電子回路モジュール。 - 前記配線導体は、屈曲形状を有している、
請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の電子回路モジュール。 - 前記配線導体は、第1導体と第2導体と層状にした構成を有し、
前記第1導体のバネ性は前記第2導体のバネ性よりも優れており、
前記第2導体の導電率は前記第1導体の導電率よりも高く、
前記第1導体の断面積は、前記第2導体の断面積よりも大きい、
請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の電子回路モジュール。 - 第1機能部品を構成する回路と第2機能部品を構成する回路とを半導体基板の異なる位置に形成する工程と、
前記半導体基板における前記第1機能部品の領域と前記第2機能部品の領域との間に、配線導体を形成する工程と、
前記第1機能部品、前記第2機能部品、および前記配線導体が一体化された状態で前記半導体基板から削り出して、複合型機能部品を形成する工程と、
前記複合型機能部品をフレキシブル基板に実装する工程と、
を有する電子回路モジュールの製造方法。
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