JP2018125413A - 電子部品および電子部品の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電子部品1は、基板面2aを有する第1の基板2と、第1の基板2に配置された第2の基板3と、第1の基板2と第2の基板3の周縁部とを接続する接続部材4と、を備え、接続部材4により第2の基板3が第1の基板2に固定されている。
【選択図】図1
Description
このような電子部品および電子部品の製造方法に関連して、例えば、特許文献1〜3に、配線基板に部品基板が接続された種々の電子部品が開示されている。
反りが発生した部品基板は、反りの大きさによっては、配線基板と接合できないおそれがあるという問題がある。
反りが発生した部品基板は、その接合用電極と、配線基板における接合用電極との対向距離にバラツキが生じる。このため、反りが発生した部品基板と配線基板とは、互いに接合できる場合でも、対向距離が大きな部位では接合部における接合強度が低くなるおそれがある。さらに、反りが発生した部品基板は、使用時の発熱または熱環境によって、反り状態が変化しやすい。この結果、部品基板と配線基板との接合部が繰り返し熱応力を受けるため、電気接続の信頼性が低下するおそれがあるという問題がある。
特許文献1〜3に記載の電子部品においては、部品基板が配線基板と直接的に接続されているため、これらの問題を解決しうる構成は開示されていない。
を含む。
本発明の第1の実施形態の電子部品について説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態の電子部品の一例を示す模式的な平面図である。図2は、図1におけるA−A断面図である。
なお、各図面は、模式図のため形状や寸法は誇張されている(以下の図面も同じ)。
第1の基板2は、例えば、プリント配線基板(PWB)などの電子回路基板で構成されてもよい。第1の基板2の形状は特に限定されない。図1に例示された電子部品1では、第1の基板2は平面視矩形状である。
第2の基板3は、第1の基板2と同様、PWBなどの電子回路基板で構成されてもよい。ただし、第2の基板3は、第1の基板2の熱膨張係数と異なる熱膨張係数を有する材料で構成されてもよい。例えば、第2の基板3に複数のLSIが密集して実装されると、LSIの発熱によって高温になりやすい。LSIの熱膨張係数は一般的にPWBなどの回路基板より小さいため、第2の基板3は、第1の基板2よりも熱膨張係数が小さい材料で構成されてもよい。
さらに、第2の基板3にLSIなどが実装される場合、例えば、LSIが実装されたインターポーザー基板が第2の基板3にBGA(Ball Grid Array)実装されてもよい。この場合、LSIは、インターポーザー基板にBGA接合されていてもよい。例えば、インターポーザー基板としては、シリコンインターポーザー基板、有機系インターポーザー基板が挙げられる。有機系インターポーザー基板が用いられる場合、熱膨張係数が第2の基板3の熱膨張係数よりも小さい低熱膨張有機系インターポーザー基板が用いられることがより好ましい。
第2の基板3の平面視形状は特に限定されない。図1に示す電子部品1では、第2の基板3は、一例として、平面視矩形状である。
基板面3a、3bにおいて、上述の周縁部よりも内側の領域は、「中心部」と称する。
接続部材4は、周縁部のみに設けられ、中心部には設けられないことがより好ましい。
周縁部における接続部材4の配置位置は限定されない。図1に示す例では、接続部材4は、図示左右方向における第2の基板3の周縁部にそれぞれ配置されている。図1に示す例では、図示上下方向における第2の基板3の周縁部には、接続部材4は設けられていない。
ただし、接続部材4は、第2の基板3の外形に沿って、周縁部内を周回する閉曲線状に設けられていてもよい。
図1において、各接続部材4は、図示上下方向に延びる1列の線状に設けられている。しかし、各接続部材4は、それぞれ複数からなっていてもよい。この場合、それぞれの複数の接続部材4は、周縁部の範囲で、短手方向および長手方向の少なくとも一方において隣り合う複数個から構成されていてもよい。
接続部材4が複数からなる場合、複数の接続部材4は、平面視において、互いに離間した複数のドット状に形成されていてもよい。
接続部材4は、第1の基板2と第2の基板3とを機械的に接続する。接続部材4はさらに第1の基板2と第2の基板3とを電気的に接続してもよい。
接続部材4の材質としては、例えば、はんだ、導電性接着剤などが用いられてもよい。接続部材4が第1の基板2と第2の基板3とを電気的に接続しない場合には、接続部材4として非導電性の接着剤が用いられてもよい。
基板面3bにおける周縁部と、これに対向する基板面2aとの間には、接続部材4が配置されている。接続部材4は、基板面2a、3bにそれぞれ固定されている。
このような構成により、基板面2a、3bは、隙間δ(ただし、δ>0)をあけて互いに対向している。
図3(a)、(b)、(c)は、本発明の第1の実施形態の電子部品の作用を説明する模式図である。
例えば、電子デバイスの熱膨張係数よりも第2の基板3の熱膨張係数が大きい場合、常温では、図3(a)に示す第2の基板3Aのように、部品実装面である基板面3aが凸の反りが生じる。
例えば、第2の基板3に、LSIとして、多数の接続端子を有するCPU、メモリなどが実装される場合、これらのLSIは、シリコンインターポーザー基板にBGA接合されて、このシリコンインターポーザー基板と第2の基板3とがBGA接合されることが多い。シリコンインターポーザー基板の熱膨張係数は、約3×10−6(1/T)である。これに対して、第2の基板3に用いることができる有機基板からなるPWBの場合、熱膨張係数は、約16×10−6(1/T)である。このため、シリコンインターポーザー基板が有機基板にBGA接合される場合、有機基板が熱膨張した状態で接合構造が形成される。この結果、BGA接合後、常温雰囲気になると、有機基板が相対的により多く収縮することによって、例えば、第2の基板3Aのように、シリコンインターポーザー基板側の基板面3aが凸になる反りが発生する。
LSIが有機系インターポーザー基板にBGA接合されて第2の基板3に接合される場合にも、有機系インターポーザー基板の熱膨張係数がPWBより小さい場合には同様の現象が生じる。
このように、本実施形態では、第2の基板3Aの熱膨張は、第2の基板3A自体が変形することで、ある程度吸収されるため、接続部材4および第1の基板2に対する応力負荷が低減される。この結果、電子部品1全体としての反りが生じにくい。さらに、接続部材4に発生するストレスが低減できるため、接続部材4の破損などが防止される。
このため、接続部材4と、第2の基板3Aおよび第1の基板2との接続部とにおける応力負荷が低減されるため、接続部材4における接続の信頼性が向上する。
この場合、第2の基板3Bは、第2の基板3Aと同様に基板面3bの中心部において拘束されないため、第2の基板3Bあるいは第1の基板2に熱変形が生じても、隙間δ’’の範囲内の変形であれば、電子部品1全体としての反りが生じにくい。さらに、接続部材4に発生するストレスが低減できるため、接続部材4の破損などが防止される。
このため、図3(c)に示すように、第2の基板3の熱膨張によって、接続部材4がせん断変形し易くなっている。接続部材4がせん断変形すると、接続部材4が第2の基板3の熱膨張に起因する熱応力を吸収できる。このため第1の基板2の変形が抑制される。
図4(a)、(b)は、それぞれ比較例の電子部品の作用を説明する模式図である。
接続部材104は、接続部材4と同様の構成を備える。ただし、接続部材104は、基板面3bの周縁部および中心部にわたって、より細かいピッチで多数配置されている。
このような構成により、電子部品101Aにおける第2の基板3は、接続部材104を介して、基板面3bの略全面が第1の基板2と接続されている。すなわち、第2の基板3と第1の基板2とは、接続部材104を介して、基板面3bに沿う方向と、基板面3bに直交する方向との変形が互いに拘束されている。
この結果、第2の基板3および第1の基板2の少なくとも一方が熱膨張すると、それぞれの温度あるいは熱膨張係数の差に応じてバイメタル効果が生じる。このため、電子部品104A全体としての反りが発生しやすい。
このような場合、製造工程において第2の基板3Aを第1の基板2と接続する際に、基板面3bの周縁部と対向する接続部材104Aと、基板面3bの中心部で対向する接続部材104Bとでは、基板面3bまでの距離が異なる。特に基板面3bまでの距離が反りの分だけ離れた接続部材104Bは、反り量によっては、基板面3aとの接続が困難になる。接続部材104Bが基板面3bに接続できた場合でも、接続部材104Aに比べると、接続強度が低下するおそれがある。
このような問題を回避するためには、例えば、第2の基板3Aの反り量および接続部材104の配置位置によって、接続部材104の高さを変えなくてはならない。このため、第2比較例の電子部品101Bは、製造に手間がかかるという問題がある。
さらに、第2の基板3Aは、使用時に熱膨張を繰り返すと、中心部において、第1の基板2から離間する方向に変形しやすい。このため、中心部における接続部材104Bには、温度変化による膨張収縮の繰り返しに起因する繰り返し応力が作用する。
このように、接続部材104Bは、製造時に固定できたとしても、繰り返し応力の作用によって、経時的な信頼性が低下しやすいという問題がある。
これに対して、本実施形態では、第2の基板3の中心部が、接続部材4によって拘束されないため、上述の各比較例における問題は生じない。
本発明の第2の実施形態の電子部品について説明する。
図5は、本発明の第2の実施形態の電子部品の模式的な平面図である。図6は、図5におけるB−B断面図である。図7は、本発明の第2の実施形態の電子部品における接続部材の近傍の構成を示す模式的な分解斜視図である。
以下、上記第1の実施形態と異なる点を中心に説明する。
第1の基板12は、例えば、プリント配線基板(PWB)などで構成されてもよい。第1の基板12の平面視の外形状は特に限定されない。図5に例示された電子部品11では、第1の基板12の平面視外形は矩形状である。例えば、第1の基板12の板厚は、PWBの標準的な板厚から必要に応じて適宜選択されてもよい。
基板面12aから底面部12dまでの距離は、第1の基板12の板厚の範囲内であれば特に限定されない。図6に例示された電子部品11では、基板面12aから底面部12dまでの距離が、後述する第2の基板13の板厚と略等しい(等しい場合を含む)。
図5に示すように、開口部12cの平面視形状は、後述する第2の基板13を挿入可能であって、挿入された状態で、平面視において第2の基板13の外周部13cと開口部12cとの間に隙間が形成される形状である。平面視において外周部13cと開口部12cとの間に形成される隙間の大きさは、電子部品11の動作時に第2の基板13が熱膨張しても、開口部12cと当接しない程度の大きさである。
図5に例示された電子部品11では、後述する第2の基板13が平面視矩形状であることに対応して、第1の基板12の平面視外形は、第2の基板13の外形よりも大きい矩形状である。
本実施形態では、導電パターン18は、後述する接続部材14の配置位置に応じて、図示左右方向における開口部12cの近傍から適宜方向に延びている。
図示左右方向における開口部12cの近傍において、開口部12cに沿って図示状手方向に延びる帯状領域12L、12Rには、第1の電極18a(図7参照)がそれぞれ複数形成されている。第1の電極18aは、導電パターン18と後述する接続部材14との電気的な接続をとる。
図7に帯状領域12Lにおける例を示すように、第1の電極18aは、パッド状の電極である。第1の電極18aは、帯状領域12Lに向かって延びる導電パターン18の配線18bの先端部に設けられている。第1の電極18aの平面視形状は、後述する導電性接合部材14cが配置可能な形状であれば、特に限定されない。第1の電極18aの平面視形状としては、例えば、円形、多角形などが用いられてもよい。
第1の電極18aの配列は、帯状領域12Lにレイアウト可能な適宜の配列が可能である。図7に示す例では、第1の電極18aは、帯状領域12Lの短手方向には、2列をなして配列されている。第1の電極18aは、帯状領域12Lの長手方向には適宜間隔で多数配列されている。
図示は省略するが、帯状領域12Rにおける第1の電極18aの配列も同様である。
図6に示すように、第2の基板13の基板面13aには、シリコンインターポーザー基板15上に実装された電子デバイス17が、シリコンインターポーザー基板15を介して実装されている。基板面13aは第2の基板面と呼ばれることもある。
第2の基板13は、第1の基板12と同様、PWBなどで構成されてもよい。ただし、第2の基板13は、第1の基板12の熱膨張係数と異なる熱膨張係数を有する材料で構成されてもよい。第2の基板13の板厚は、例えば、第1の基板12と同様、PWBの標準的な板厚から必要に応じて適宜選択されてもよい。
第2の基板13は、シリコンインターポーザー基板15の熱膨張係数と第1の基板12の熱膨張係数との間の大きさの熱膨張係数を有する材料で形成されてもよい。この場合、第2の基板13が第1の基板12と同材質の場合に比べると、第2の基板13の熱膨張が低減されるため、開口部12cとの間に必要な隙間が低減される。この結果、第1の基板12の基板面12aの有効面積がより増大するとともに、第1の基板12の強度がより向上する。
電子デバイス17は、シリコンインターポーザー基板15と導電性接続部材16bを介してBGA接合されてもよい。
電子デバイス17が接合されたシリコンインターポーザー基板15は、第2の基板13の基板面13aに導電性接続部材16aを介してBGA接合されてもよい。
導電パターン19は、シリコンインターポーザー基板15の配置位置に重なる基板面13aの中心部の領域から図示左右方向における基板面13aの周縁部に向かって延びている。本実施形態では、導電パターン19は、図5における図示左右の周縁部に向かってそれぞれ延びている。ここで、第2の基板13における「中心部」、「周縁部」は、上記第1の実施形態における第2の基板3の「中心部」、「周縁部」と同様に定義される。
図示左右方向における各周縁部において、それぞれ第2の基板13の外周部13cに沿う帯状領域13L、13Rには、第2の電極19a(図7参照)がそれぞれ複数形成されている。第2の電極19aは、導電パターン19と後述する接続部材14との電気的な接続をとる。
図7に帯状領域13Lにおける例を示すように、第2の電極19aは、パッド状の電極である。第2の電極19aは、帯状領域13Lに向かって延びる導電パターン19の配線19bの先端部に設けられている。第2の電極19aの平面視形状は、後述する導電性接合部材14cが配置可能な形状であれば、特に限定されない。第2の電極19aの平面視形状としては、例えば、円形、多角形などが用いられてもよい。
第2の電極19aの配列は、帯状領域13Lにレイアウト可能な適宜の配列が可能である。図7に示す例では、第2の電極19aは、帯状領域13Lの短手方向には、2列をなして配列されている。第2の電極19aは、帯状領域13Lの長手方向には、適宜間隔をあけて多数配列されている。
図示は省略するが、帯状領域13Rにおける第2の電極19aの配列も同様である。
接続部材14は、第2の基板13の周縁部の全体にわたって、第2の基板13の周縁部と接続されてもよい。しかし図7に例示された電子部品11では、接続部材14は、第2の基板13の図示左右における周縁部に接続されている。すなわち、接続部材14は、帯状領域12L、13Lにまたがって配置された接続部材14Lと、帯状領域12R、13Rにまたがって配置された接続部材14Rと、からなる。
接続部材14L、14Rは、略同様の構成を有するため、以下では、接続部材14Lの構成を中心に説明する。
フレキシブル基板14aは、第1の基板12の開口部12cに第2の基板13が挿入された状態において、帯状領域12L、13Lの両方を覆うことができる平面視矩形状の外形を有する。
フレキシブル基板14aの基材としては、可撓性を有する樹脂フィルムが用いられる。
フレキシブル基板14aの基材の厚さは、第1の基板12および第2の基板13に比べて容易に変形できる可撓性を有していれば、特に限定されない。例えば、フレキシブル基板14aの厚さは、0.1mm以上1.0mm以下とされてもよい。
フレキシブル基板14aの基材に好適な樹脂材料の例としては、ポリイミド樹脂、液晶ポリマー樹脂などが挙げられる。フレキシブル基板14aの材料の弾性係数は、第1の基板12、第2の基板13などに用いられる基板材料の弾性係数よりも低いことがより好ましい。この場合、フレキシブル基板14aは、第1の基板12、第2の基板13などの材料の弾性係数に比べて低い弾性係数を有する点でも、第1の基板12および第2の基板13に比べて変形しやすい。
第1の電極パッド14dは、帯状領域12Lにおける各第1の電極18aと対向するために、帯状領域12Lにおける第1の電極18aと同様の位置関係に配列されている。
第2の電極パッド14fは、帯状領域13Lにおける各第2の電極19aと対向するために、帯状領域13Lにおける第2の電極19aと同様の位置関係に配列されている。
第1の電極パッド14d、第2の電極パッド14fは、いずれも、フレキシブル基板14aにおける図示下面において露出している。
配線14eは、長さ方向の両端部において、それぞれ、第1の電極パッド14d、第2の電極パッド14fに接続している。
導電性接合部材14cは、互いに対向する第1の電極パッド14dと第1の電極18aの間と、互いに対向する第2の電極パッド14fと第2の電極19aとの間とに挟まれた状態でそれぞれを互いに接合している。このため、導電性接合部材14cは、フレキシブル基板14aの短手方向においては、4列をなして配列されている。
導電性接合部材14cとしては、例えば、はんだ、導電性接着剤などが用いられてもよい。導電性接着剤の代表例としては、例えば、銀ペーストが挙げられる。
導電性接合部材14cとしてはんだが用いられる場合、導電性接合部材14cの形成にあたってはんだボールを用いたBGA接合の手法が用いられてもよい。
ただし、接続部材14Rにおけるフレキシブル基板14aは、第1の基板12の開口部12cに挿入された第2の基板13における帯状領域12R、13Rの両方を覆うことができる平面視矩形状の外形を有する。
接続部材14Rにおける第1の電極パッド14d、第2の電極パッド14fの配列パターンおよび個数は、帯状領域12R、13Rにおける第1の電極18a、第2の電極19aとそれぞれ対向できる配列パターンおよび個数になっている。
接続部材14Lは、帯状領域12L、13Lに重なった状態で、導電性接合部材14cを介して、帯状領域12L、13Lにおける第1の電極18a、第2の電極19aと接合されている。同様に、接続部材14Rは、帯状領域12R、13Rに重なった状態で、導電性接合部材14cを介して、帯状領域12R、13Rにおける第1の電極18a、第2の電極19aと接合されている。
このため、接続部材14L、14Rは、導電パターン14bによって、導電パターン19、18を電気的に接続している。さらに、各導電性接合部材14cは、互いに対向する第1の電極パッド14dおよび第1の電極18aと、互いに対向する第2の電極パッド14fおよび第2の電極19aとを、それぞれ固定している。
さらに、接続部材14L、14Rは、第2の基板13の中心を通る対称軸線に対して互いに線対称に配置されている。
なお、図6は模式図のため、基板面13bと底面部12dとの間には、隙間がないように図示されているが、これは一例である。基板面13bと底面部12dとの間には、反りなどに応じて隙間があってもよい。さらに、第2の基板13の板厚または重力の作用方向によっては、基板面13bと底面部12dとは、互いに離間していてもよい。
図8は、本発明の第2の実施形態の電子部品の製造方法の一例を示すフローチャートである。図9(a)、(b)、(c)は、本発明の第2の実施形態の電子部品の製造方法の一例における工程説明図である。
ステップS1では、第2の基板13に電子デバイス17が実装される。
例えば、電子デバイス17は、導電性接続部材16bを介してシリコンインターポーザー基板15にBGA実装される。さらに、電子デバイス17が実装されたシリコンインターポーザー基板15が導電性接続部材16aを介して、第2の基板13の基板面13aにBGA実装される。BGA実装方法は、周知の適宜方法の使用が可能である。
このようにして、第2の基板13、シリコンインターポーザー基板15、および電子デバイス17が組み立てられた組立体20(図9(a)参照)が作製される。
本実施形態では、図9(a)に示すように、第1の基板12の基板面12aと、第2の基板13の基板面13aとが同方向(図示上方向)に向いた状態で、第2の基板13が開口部12cに挿入される。第2の基板13の挿入位置は、第2の基板13の外周部13cと、開口部12cとの間に略均等の隙間が生じる位置とされる。
この挿入過程においては、第2の基板13は、平面視の位置が、開口部12cに対して位置合わせされた状態で挿入される。この位置合わせによって、第2の基板13は、帯状領域12L(12R)と帯状領域13L(13R)とが互いに隣り合う状態で挿入される。さらに、この位置合わせによって、第2の基板13は、第1の電極18a、第2の電極19aが、平面視において、フレキシブル基板14a上の第1の電極パッド14d、第2の電極パッド14fの配列パターンと、略同様な相対位置関係となる状態で挿入される。
以上で、ステップS2が終了する。
例えば、接続部材14がBGA接合される場合には、図9(b)に示すように、まず、帯状領域12L(12R)、13L(13R)における図示略の第1の電極18a、第2の電極19a上に、導電性接合部材14cとなるはんだボールSが配置される。
その後、各はんだボールS上に、フレキシブル基板14a(図示二点鎖線参照)が配置される。このとき、フレキシブル基板14aは、第1の電極パッド14d、第2の電極パッド14fが、全体として、第1の電極18a、第2の電極19aに対向する位置に配置される。各はんだボールSは、第1の電極18aと第1の電極パッド14dまたは第2の電極19aと第2の電極パッド14fとに挟まれる。
このようにして、図9(c)に示すように、第1の基板12上に、組立体20、はんだボールSなどの導電性接合部材14cとなる部材、および接続部材14が上述の位置関係に配置された組立体20Aが形成される。
以上で、ステップS3が終了する。
導電性接合部材14cを形成するためはんだボールSを用いる場合には、はんだボールSが加熱溶融される。はんだボールSを加熱溶融するには、例えば、組立体20Aが加熱炉に導入されてもよい。
はんだボールSの溶融物S’が形成されると、溶融物S’によって第1の電極パッド14d(第2の電極パッド14f)と第1の電極18a(第2の電極19a)とが互いに接続される。この状態で、加熱が停止される。具体的には、例えば、組立体20Aが加熱炉の外部に搬出される。
この後、溶融物S’は冷却されて固化することによって、第1の電極パッド14d(第2の電極パッド14f)と第1の電極18a(第2の電極19a)の間に導電性接合部材14cが形成される。
導電性接合部材14cが導電性接着剤の場合には、導電性接着剤の種類に応じた適宜の硬化手段(例えば、加熱など)を用いて導電性接着剤が硬化されることで、硬化した導電性接合部材14cが形成される。
このようにして、固化または硬化した導電性接合部材14cが形成されることによって、接続部材14L、14Rが形成される。この結果、第1の基板12と第2の基板13とが固定される。
以上で、ステップS4が終了する。
このようにして電子部品11が製造される。
図10は、本発明の第2の実施形態の電子部品の作用を説明する模式図である。
図10に示すように、常温における上述の反りが生じた第2の基板13を第2の基板13Aと称する。第2の基板13Aは、上述した本実施形態の電子部品の製造方法によって、反りのない第2の基板13と同様にして、第1の基板12に固定することができる。
まず、第2の基板13Aは、上述したステップS2において、開口部12cに支障なく挿入できる。ただし、第2の基板13Aは、基板面13bの周縁部が底面部12dと接触する状態で、開口部12cに挿入される。このため、基板面13aの中心部は、反り量に応じて、基板面12aよりも開口部12cの外側に突出する。しかし、基板面13aの周縁部は、反り量に応じてわずかに傾斜しているだけで、隣り合う基板面12aと略同一平面上に位置する。
しかし、第2の基板13の周縁部では、このような反りの影響は格段に少ない。例えば、簡単のため、反り量を比例配分できるとすれば、周縁部における傾斜角は、約1.1°のような微小量である。このような傾斜によって、短手方向に並ぶ導電性接合部材14c間に生じる高さの差は、約0.02mmのような微小量である。この程度の傾斜は、BGA接合の支障にはならない。
導電性接合部材14cとして導電性接着剤を用いる場合には、未硬化の導電接着剤が流動性を有するため、この程度の傾斜ではなおさら支障にならない。
フレキシブル基板14aは、可撓性を有しており、加熱によってさらに軟化する。このため、さらに、ステップS4において、フレキシブル基板14aが加熱を受けると、フレキシブル基板14aは、基板面12a、13a上に配置されたはんだボールSの上部と容易に密着できる。このため、第2の基板13Aのように反りがあっても、反りがない場合と同様に、接続部材14によって、第1の基板12および第2の基板13Aが固定される。
例えば、反り量および反り方向に応じて、底面部12dに対する組立体20の高さを変えて保持することによって、第2の基板13の周縁部が基板面12aと略同一平面上に位置する状態が形成される。このようにすれば、反り方向が反対であっても、上述と略同様にして、接続部材14によって、第1の基板12および第2の基板13Aが固定される。
特に本実施形態では、接続部材14がフレキシブル基板14aを備える。このため、接続部材14は、基板面12aに対して基板面13aの周縁部が傾斜していても傾斜に沿う配置が可能である。この結果、可撓性を有しない接続部材を用いる場合に比べて、より確実な接続および固定が行われる。
さらに、接続部材14のフレキシブル基板14aは可撓性を有する。このため、第2の基板13の反り量の変化によって、基板面12aに対する基板面13aの周縁部の傾斜が変化しても、フレキシブル基板14aが変形することによって、接続部材14が傾斜の変化に追従できる。この結果、第2の基板13の熱変形による導電性接合部材14cおよび第1の基板12への応力負荷がさらに低減される。
第2の基板13が変形しやすい要因としては、例えば、第2の基板13の中心部が拘束されていないことと、第2の基板13が開口部12cの内部で、平面視において開口部12cと隙間をあけて配置されていることとが挙げられる。
接続部材14に発生するストレスが低減できる他の要因としては、例えば、帯状領域12L(12R)、13L(13R)のそれぞれの短手方向において離間した2箇所に導電性接合部材14cが設けられていることも挙げられる。このような接続により短手方向に発生する熱応力が、並列する2つの導電性接合部材14cに分散される。このため、短手方向において1箇所に導電性接合部材14cが配置される場合に比べて導電性接合部材14cの接合部へのストレスが低減される。
このため、導電性接合部材14cと、第2の基板13および第1の基板12との接続部とにおける応力負荷が低減されるため、接続部材14における接続の信頼性が向上する。
本発明の第3の実施形態の電子部品について説明する。
図11は、本発明の第3の実施形態の電子部品の一例を示す模式的な断面図である。
接続部材24L(24R)は、接続部材14L(14R)のフレキシブル基板14aに代えて、接続基板24aを備える。
接続基板24aは、基材の材料として、フレキシブル基板14aの基材よりも高剛性の材料が用いられる。このため、接続基板24aは、フレキシブル基板14aのような可撓性を有しない。
ただし、接続基板24aの基材の材料は、第1の基板12の第1の熱膨張係数と、第2の基板13の第2の熱膨張係数との間の大きさの第3の熱膨張係数を有する材料が選ばれる。第3の熱膨張係数は、第1の熱膨張係数および第2の熱膨張係数よりも、第1の熱膨張係数と第2の熱膨張係数との平均値に近い値を有することがより好ましい。
本実施形態の電子部品21は、接続基板24aが可撓性を有しない点が、上記第1の実施形態と異なる。このため、本実施形態では、フレキシブル基板14aの可撓性に依存した作用を除いては、上記第1の実施形態と同様の作用を備える。
このため、電子部品21は、上記第2の実施形態におけると同様にして、容易に製造される。
熱膨張に関しては、第2の基板13および導電性接合部材14cが変形することによって、接続部材24および第1の基板12への応力負荷が低減されることは、上記第1の実施形態と同様である。さらに、導電性接合部材14cが、帯状領域12L(12R)、13L(13R)のそれぞれの短手方向において2列に配置されていることによるストレス低減効果も上記第2の実施形態と同様である。
これに対して、本実施形態では、接続基板24aは、フレキシブル基板14aよりも高剛性であるため、たわみ変形よって熱応力を吸収する作用は、第2の実施形態に比べると劣る。
しかし、本実施形態では、接続基板24aの第3の熱膨張係数は、第1の基板12の第2の熱膨張係数と、第2の基板13の熱膨張係数との間の値を有する。このような接続基板24aが、第1の基板12と第2の基板13とにまたがって接続されている。このため、熱膨張係数の相違によって発生する熱応力は、第1の基板12と接続基板24aとの接続部と、第2の基板13と接続基板24aとの接続部とにそれぞれ分散される。すなわち、接続基板24aが介在することで、第1の基板12および第2の基板13との間に疑似的な熱膨張係数の遷移領域が形成されるため、熱膨張係数の相違による熱応力が、接続基板24aとの重なり範囲において分散される。
本実施形態では、このような接続基板24aの作用によっても、導電性接合部材14cの接合部へのストレスが低減される。
本発明の第4の実施形態の電子部品について説明する。
図12(a)は、本発明の第4の実施形態の電子部品の一例を示す模式的な平面図である。図12(b)は、図12(a)におけるC部詳細図である。
上記第2の実施形態においては、接続部材14が第2の基板13の周縁部の周方向の一部に設けられている。本実施形態においては、接続部材34は、第2の基板23の中心部を囲むように、第2の基板23の周縁部の全周にわたって設けられている。
以下、上記第2の実施形態と異なる点を中心に説明する。
導電パターン38は、後述する接続部材34U、34Dと電気的に接続するための回路を構成する。
導電パターン38は、後述する接続部材34U、34Dの配置位置に応じて、図示上下方向における開口部12cの近傍から適宜方向に延びている。
図示上側(下側)における開口部12cの近傍において、開口部12cに沿って延びる帯状領域32U(32D)には、第1の電極18aと同様の第1の電極38a(図12(b)参照)がそれぞれ複数形成されている。帯状領域32U(32D)は、後述する帯状領域33U(33D)と図示上下方向において互いに対向する位置に形成されている。
第1の電極38aは、導電パターン38と後述する接続部材34U(34D)との電気的な接続をとる。各第1の電極38aには、配線38bがそれぞれ接続されている。
第1の電極38aの配列は、帯状領域32U(32D)にレイアウト可能な適宜の配列が可能である。図12(b)に示す例では、第1の電極38aは、帯状領域32Uの短手方向(図示上下方向)に2列をなして配列されている。第1の電極38aは、帯状領域32Uの長手方向には、適宜間隔で多数配列されている。図示は省略するが、帯状領域32Dにおける第1の電極38aの配列も同様である。
導電パターン39は、シリコンインターポーザー基板15における端子電極と電気的に接続するための回路を構成する。
図12(a)に示すように、導電パターン39は、シリコンインターポーザー基板15の配置位置に重なる基板面13aの中心部の領域から図示上下方向における基板面13aの周縁部に向かって延びている。
図示上側(下側)における周縁部において、第2の基板33の外周部13cに沿う帯状領域33U(33D)には、第2の電極19aと同様の第2の電極39a(図12(b))がそれぞれ複数形成されている。帯状領域33U(33D)は、上記第2の実施形態と同様の帯状領域13L、13Rの間に形成されている。このため、帯状領域33U、13R、33D、13Lは、第2の基板33の周縁部を全周にわたって覆う領域になっている。
第2の電極39aは、導電パターン39と後述する接続部材34U(34D)との電気的な接続をとる。各第2の電極39aには、配線39bがそれぞれ接続されている。
第2の電極39aの配列は、帯状領域33U(33D)にレイアウト可能な適宜の配列が可能である。図12(b)に示す例では、第2の電極39aは、帯状領域33Uの短手方向に2列をなして、長手方向に適宜間隔で多数配列されている。図示は省略するが、帯状領域33Dにおける第2の電極39aの配列も同様である。
ただし、図12(a)では、簡単のため、接続部材34における導電パターン14bの図示は省略されている。
接続部材34U、34Dは、互いに異なる形状を有していてもよいが、図12(a)に示す例では、第2の基板33の中心を通る対称軸線に対して線対称な形状を有する。
電子部品31における第1の基板32と第2の基板33とは、接続部材14L、14R、34U、34Dによって接続されるため、第2の基板33の周縁部の領域が全周にわたって接続に用いられている。このため、上記第2の実施形態に比べると、より多くの配線を介した接続が可能である。これにより、電子デバイス17をより高密度に実装したり、電子デバイス17における信号数を増大させたりすることが可能である。
このような周縁部の全周領域を用いた接続構造は、例えば、接続部材14L、14R、34U、34Dが一体化された1枚の接続部材を用いることも可能である。
しかし、本実施形態のように接続部材が複数の部品に分割されている場合には、製造時に取り数が増えるため、部品コストがより低減される。
さらに、本実施形態の場合には、反り量に応じて、基板面12aに対する基板面13aの高さが場所によってばらつていても、個々の接続部材ごとに、高低差を吸収できるため、接合不良を低減しやすくなる。
本発明の第5の実施形態の電子部品について説明する。
図13は、本発明の第5の実施形態の電子部品の一例を示す模式的な平面図である。図14は、図13におけるD−D断面図である。
以下、上記第2の実施形態と異なる点を中心に説明する。
貫通孔42eは、第2の基板33の中心部に設けられた後述する給電電極部44が挿通可能な大きさおよび形状に設けられる。
導電パターン48は、導電パターン18と同様の構成を有する。ただし、導電パターン48は、電子デバイス17の入出力におけるデータ信号のみが伝送される。
図14に示すように、導電パターン50は、電子デバイス17における電源線として用いられる配線である。導電パターン50は、基板面13aにおけるシリコンインターポーザー基板15との接続電極から基板面13bに向かって第2の基板43の板厚内に延びている。本実施形態では、導電パターン50は、平面視においてシリコンインターポーザー基板15の中心部と重なるように設けられている。
給電電極部44は、導電パターン50と同様に、平面視においてシリコンインターポーザー基板15の中心部に重なる領域に配置されている。
第3の電極44aは電源線と接続されるため、第3の電極44aの個数は、データ信号に比べると格段に少ない。このため、第3の電極44aの配置スペースは、シリコンインターポーザー基板15の中心部に重なる小さな領域でも足りる。第3の電極44aの大きさも、大電流を流すことができる大型の電極の使用が可能になる。
給電電極部44および第3の電極44aの種類は給電可能であれば特に限定されない。例えば、給電電極部44は、コネクターと着脱可能に設けられていてもよい。例えば、図14には、電源に接続されたケーブル46のコネクター45が接続可能な給電電極部44が図示されている。図14は模式図のため、第3の電極44aの一例として、3本のピン状電極が描かれている。しかし、第3の電極44aの形状、個数は、これには限定されない。第3の電極44aは、グランド端子と1以上の電圧端子とを含む2以上の電極で構成されていればよい。給電電極部44は、貫通孔42eを通して図示下方側に突出している。
本実施形態の電子部品41によれば、導電パターン48、49には、電子デバイス17の入出力におけるデータ信号のみが伝送される。同様に、接続部材14における導電パターン14bもデータ信号を伝送するために用いられる。このため、導電パターン14bは電源線を含む場合に比べて、配線の断面積が低減された構成が可能になる。これにより、接続部材14の可撓性がより向上する。このため、第2の基板43の初期的な反りあるいは使用時の熱膨張に起因する変形がさらに吸収しやすくなる。
電子部品41では、導電パターン48、49には、断面積の大きな電源配線を含めなくてよいため、第2の基板43の基板面積の割に高密度の配線が可能になる。このため、シリコンインターポーザー基板15上に電子デバイス17を高密度に実装することが可能になる。
さらに、導電パターン50は、第2の基板43の板厚を貫通する程度の長さであるため、導電パターン50の電気抵抗による電圧降下およびジュール発熱が低減される。このため、導電パターン48、49に電源線を含む場合に比べて、第1の基板22および第2の基板43におけるジュール発熱を低減することができる。
特に、本実施形態の電子部品41は、電子デバイス17の駆動に大きな電力が必要となる場合に、省電力、低発熱の構成が得られる。
本発明の第6の実施形態の電子部品について説明する。
図15は、本発明の第6の実施形態の電子部品の一例を示す模式的な断面図である。
以下、上記第2の実施形態と異なる点を中心に説明する。
第1の基板52の材質は、第1の基板12と同様の材質が用いられてもよい。
支持板53は、第2の基板13に対向して配置され、第2の基板13を第1の基板62の板厚方向において基板面12bの方から支持できるように設けられている。支持板53は、第2の基板に対向して配置され、第2の基板を第1の基板の板厚方向において第1の基板面と反対側の基板面の方から支持できるように設けられた支持部材と呼ばれることもある。
支持板53の形状は、第2の基板13が開口部52cから基板面12bの方に抜け出さないように、第2の基板部13の移動を規制できる形状であれば特に限定されない。
支持板53の材質は、特に限定されない。支持板53の材料の熱膨張係数は、第1の基板52の熱膨張係数と同一であってもよいし、異なっていてもよい。支持板53の材料の熱膨張係数が、第1の基板52の熱膨張係数と異なる場合には、支持板53の熱膨張が拘束されないように第1の基板52と固定されることがより好ましい。例えば、支持板53は、基板面12bに沿って第1の基板52に対して相対移動自在に固定されていてもよい。
第1の基板52の基板面13bに、導電パターンが露出していない場合には、支持板53の材質として、金属材料が用いられてもよい。この場合、支持板53は、第1の基板52との接触部および第2の基板13との接触部からの熱伝導によって、第1の基板52および第2の基板13からの放熱を促進することができる。
このため、第1の基板52に支持板53を固定した後、上記第2の実施形態と同様の電子部品の製造方法が行われることによって、電子部品51が製造される。
ただし、支持板53は、第2の基板13と第1の基板52との接続が終了した後に、第1の基板52と固定されてもよい。例えば、支持板53に代えて製造治具によって開口部52cを覆った状態で、接続部材14によって第1の基板52および第2の基板13を互いに固定すれば、支持板53を固定することなく、第2の基板13と第1の基板52とを接続することができる。
さらに、本実施形態によれば、第1の基板52の板厚と第2の基板13の板厚と同じであって貫通孔の開口部52cしか形成できない場合にも、開口部52cに第2の基板13を収容することができる。
さらに、開口部52cが貫通孔で形成されるため、上記第2の実施形態のように開口部12cを有底穴で構成する場合に比べて、第1の基板52の製造が容易となる。
本発明の第6の実施形態の変形例(第1変形例)の電子部品について説明する。
図16は、本発明の第6の実施形態の変形例(第1変形例)の電子部品の一例を示す模式的な断面図である。
以下、上記第6の実施形態と異なる点を中心に説明する。
平板部63aは、上記第6の実施形態の支持板53と同様、開口部52cを塞ぐことができる大きさを有する。
突出部63bは、開口部52cに挿入可能な平面視形状を有する。突出部63bの平面視の大きさは、開口部52cよりも小さい適宜の大きさが可能である。例えば、突出部63bは、柱状、リブ状、半球状などの複数の突起が適宜間隔で配列された構成であってもよい。例えば、突出部63bは、適宜の平面視形状を有する単一の突起で構成されてもよい。
図16に示す例では、突出部63bは、開口部52cの内側に嵌合する大きさおよび形状を有する平台状に形成されている。すなわち、突出部63bの突出方向の先端には、平板部63aと平行な平面部63dが形成されている。
突出部63bの平板部63aからの突出高さは、第1の基板62の板厚から第2の基板13の板厚を引いた寸法である。
支持板63の材質は、支持板53と同様の材質でもよい。
支持板63は、第2の基板に対向して配置され、第2の基板を第1の基板の板厚方向において第1の基板面と反対側の基板面の方から支持できるように設けられた支持部材と呼ばれることもある。
支持板63は、平面部63dが開口部52cの内部に位置する。このため、支持板63は、開口部52cの内部において、第2の基板13を支持できるようになっている。
電子部品61は、第2の基板13を収容する空間が、第1の基板62と支持板63との組み合わせで形成される点が異なる。ただし、開口部52cに挿入された第2の基板13の基板面13bは、平面部63dによって図示下方から支持される。これにより、基板面13aは、上記第6の実施形態と同様に、少なくとも周縁部において基板面12aと略同一平面上(同一平面上を含む)に支持される。
このため、電子部品61は、上記第6の実施形態の電子部品51と同様にして製造される。さらに電子部品61は、上記第6の実施形態の電子部品51と同様の作用を備える。
さらに、本変形例によれば、第1の基板62の板厚が第2の基板13より厚い場合でも、第2の基板13の周縁部の基板面13aを基板面12aと略同一平面上に位置させることが容易である。
また、上記第6の実施形態と同様、開口部52cは、貫通孔によって形成されるため、上記第2の実施形態のように開口部12cを有底穴で構成する場合に比べて、第1の基板62の製造が容易となる。
本発明の第6の実施形態の変形例(第2変形例)の電子部品について説明する。
図17は、本発明の第6の実施形態の変形例(第2変形例)の電子部品の一例を示す模式的な断面図である。
以下、上記第1変形例と異なる点を中心に説明する。
貫通孔73cの形状および大きさは、第2の基板13を図示下方から支持可能な平面部63dが残されていれば、特に限定されない。図17に示す例では、貫通孔73cは、平面視においてシリコンインターポーザー基板15が接続された領域に対向する部位に形成されている。
支持板73は、第2の基板に対向して配置され、第2の基板を第1の基板の板厚方向において第1の基板面と反対側の基板面の方から支持できるように設けられた支持部材と呼ばれることもある。支持板73は、板厚方向に貫通する貫通孔を有する支持部材の例になっている。
電子部品71は、上記第1変形例の電子部品61と同様の作用を備える。
特に、支持板73に貫通孔73cが形成されていることによって、基板面13bへの通気が容易になっている。貫通孔73cを通して、基板面13bに外気が流入することで、第2の基板13の冷却が促進される。
例えば、図17に模式的に示すように、基板面13aにヒートシンク74(図示二点鎖線参照)が装着される場合、貫通孔73cは、ヒートシンク74を挿通する開口として用いられてもよい。第2の基板13にヒートシンク74が装着されている場合、ヒートシンク74からの放熱によって、第2の基板13の冷却を促進することができる。
例えば、基板面13aに、上記第5の実施形態と同様の給電電極部44が設けられる場合、貫通孔73cは、給電電極部44を挿通する開口として用いられてもよい。第2の基板13に給電電極部44が設けられている場合、電子部品71は、上記第5の実施形態と同様の作用を備える。
上記第6お実施形態の第2変形例では、支持部材の中心部に貫通孔が設けられている場合の例で説明した。しかし、支持部材の貫通孔の位置は、中心部には限定されない。さらに支持部材における貫通孔は複数設けられていてもよい。
例えば、第3の電極には、同軸ケーブル接続が必要な信号線に接続する電極が含まれてもよい。この場合、給電電極部44は、同軸コネクターを含んで構成される。
例えば、第3の電極には、光電変換素子に接続される電極が含まれてもよい。この場合、給電電極部44は、光コネクターを含んで構成される。
2、12、22、32、42、52、62 第1の基板
2a、2b、3a、3b、12b、13b 基板面
3、3A、3B、13、13A、23、33、43 第2の基板
4、14、14L、14、24、24L、24R、34、34D、34U 接続部材
12a 基板面(第1の基板面)
12c、52c 開口部
12d 底面部
12L、12R、13L、13R、32D、32U、33D、33U 帯状領域
13a 基板面(第2の基板面)
14a フレキシブル基板
14b 導電パターン
14c 導電性接合部材(接合部材)
14d、14f 電極パッド
14e 配線
15 インターポーザー基板
17 電子デバイス
18、19、38、39、48、49 導電パターン
18a、38a 第1の電極
19a、39a 第2の電極
20、20A、20C 組立体
24a 接続基板
42e、73c 貫通孔
44 給電電極部
44a 第3の電極
53、63、73 支持板(支持部材)
74 ヒートシンク
Claims (11)
- 第1の基板面を有する第1の基板と、
前記第1の基板に配置された第2の基板と、
前記第1の基板と、前記第2の基板の周縁部と、を接続する接続部材と、
を備え、
前記接続部材により前記第2の基板が前記第1の基板に固定された
電子部品。 - 前記第1の基板には、
前記第1の基板面において開口し、前記第2の基板の少なくとも一部が収容される開口部が形成された、
請求項1に記載の電子部品。 - 前記第2の基板に対向して配置され、前記第2の基板を前記第1の基板の板厚方向において前記第1の基板面と反対側の基板面の方から支持できるように設けられた支持部材をさらに備える、
請求項2に記載の電子部品。 - 前記第1の基板面と、前記第2の基板の前記周縁部における基板面は、
略同一平面上である、
請求項2または3に記載の電子部品。 - 前記接続部材は、
前記第1の基板および前記第2の基板よりも低剛性であり、前記第1の基板および前記第2の基板の相対移動に伴って変形可能である、
請求項1〜4のいずれか1項に記載の電子部品。 - 前記第1の基板は、
前記第1の基板面において、前記第1の基板の板厚方向に見て前記第2の基板と重ならない部位に配置された第1の電極を有し、
前記第2の基板は、
第2の基板面に配置された第2の電極を有し、
前記接続部材は、
導電パターンを有し、前記第1の電極と前記第2の電極とにそれぞれ対向した状態であって、かつ前記第1の基板と前記第2の基板とにまたがって配置されており、
前記導電パターンと、前記第1の電極および前記第2の電極とは、接合部材によって互いに電気的に接合されている、
請求項1〜5のいずれかに記載の電子部品。 - 前記接続部材における前記導電パターン、前記第1の電極、および前記第2の電極によって形成される回路には、データ信号が伝送される、
請求項6に記載の電子部品。 - 前記第2の基板は、
前記接続部材と接合されていない第3の電極を備え、
前記第3の電極には、電源線が接続される、
請求項1〜7のいずれか1項に記載の電子部品。 - 前記第1の基板および前記第2の基板は、
複数の前記接続部材によって、互いに接続されている、
請求項1〜8のいずれか1項に記載の電子部品。 - 前記複数の前記接続部材は、
前記第2の基板を中心として対称に配置されている、
請求項9に記載の電子部品。 - 第2の基板を、第1の基板に配置することと、
前記第1の基板と、前記第2の基板の周縁部とにまたがって、接続部材を配置することと、
前記接続部材によって前記第1の基板と、前記第2の基板の前記周縁部とを固定することと、
を含む、電子部品の製造方法。
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