JP2020107834A - Electronic unit - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、電子ユニットに関する。 The present disclosure relates to electronic units.
能動素子等が形成される半導体回路基板は、バンプを介してプリント配線板上に実装される。近年、バンプの狭ピッチ化により、半導体回路基板とプリント配線板との間にインターポーザが設けられている。インターポーザは、ガラス基板、シリコン基板、セラミック基板等によって形成される。プリント配線板は、積層板といわれる樹脂基板によって形成される。非特許文献1には、ガラス基板を用いたインターポーザが開示されている。
A semiconductor circuit board on which active elements and the like are formed is mounted on a printed wiring board via bumps. In recent years, due to the narrower pitch of bumps, an interposer is provided between a semiconductor circuit board and a printed wiring board. The interposer is formed of a glass substrate, a silicon substrate, a ceramic substrate, or the like. The printed wiring board is formed of a resin substrate called a laminated board. Non-Patent
例えば、図19に示す従来構造の電子ユニット1Zによれば、インターポーザ10Zとプリント配線板20Zとは、半田40Zを介して接続される。電子デバイス30Zによる発熱等に起因した熱サイクルにより、半田40Zが接続される電極のうち、特にインターポーザ10Z側の電極14Zの近傍にクラックが生じることがあった。この現象は、インターポーザ10Zを構成するガラス基板の熱膨張係数と、プリント配線板20Zを構成する樹脂基板の熱膨張係数とが大きく異なることに起因すると考えられている。すなわち、熱サイクルによるインターポーザ10Zとプリント配線板20Zとの伸縮量が異なり、その結果として生じる熱応力が、双方の接続部分である半田40Zに集中し、さらには、半田40Zが接続される電極14Zの近傍にクラックを生じさせる。このようなガラスやシリコンなどの脆性材を用いた場合に基板へ生じるクラックは、電気的な接続不良の原因となるため、できるだけ低減したい。
For example, according to the
本開示の目的の一つは、熱応力に起因した不良を抑制することにある。 One of the purposes of the present disclosure is to suppress defects caused by thermal stress.
本開示によれば、第1面に配置された第1電極、および当該第1面とは反対側の第2面に配置された第2電極を有する第1基板と、前記第1面に対向して配置され、熱膨張係数が前記第1基板と異なる第2基板であって、前記第1基板側の面に第3電極を有する第2基板と、能動素子を含み、前記第2面に対向して配置され、前記第2電極に電気的に接続された電子デバイスと、前記第1電極と前記第3電極とを電気的に接続する導電体を含み、弾性を有する接続部と、前記第1基板および前記第2基板によって前記接続部を弾性変形させた状態で保持するための保持部と、を備える電子ユニットが提供される。 According to the present disclosure, a first substrate having a first electrode arranged on a first surface and a second electrode arranged on a second surface opposite to the first surface, and facing the first surface. A second substrate having a thermal expansion coefficient different from that of the first substrate, the second substrate having a third electrode on a surface on the first substrate side, and an active element, and a second substrate on the second surface. An electronic device electrically arranged to face each other and electrically connected to the second electrode; and an elastic connecting portion including a conductor electrically connecting the first electrode and the third electrode, and There is provided an electronic unit including: a holding portion for holding the connection portion in a state where the connection portion is elastically deformed by the first substrate and the second substrate.
前記保持部は、前記第1基板の外側に配置された構造体を含んでもよい。 The holder may include a structure arranged outside the first substrate.
前記構造体は、前記第2面に接続する部分および前記第2基板に接続する部分を含んでもよい。 The structure may include a portion connected to the second surface and a portion connected to the second substrate.
前記電子デバイスに対して前記第1基板とは反対側に配置された温度調整部をさらに備え、前記構造体は、前記温度調整部に接続する部分および前記第2基板に接続する部分を含んでもよい。 The electronic device may further include a temperature adjustment unit disposed on a side opposite to the first substrate, and the structure may include a portion connected to the temperature adjustment unit and a portion connected to the second substrate. Good.
前記保持部は、前記第1基板と前記第2基板との間で、前記第1基板と前記第2基板とに接着される構造体を含んでもよい。 The holding unit may include a structure that is bonded to the first substrate and the second substrate between the first substrate and the second substrate.
前記構造体と前記第1基板の端部との距離は、前記導電体と当該端部との距離よりも長くてもよい。 The distance between the structure and the end of the first substrate may be longer than the distance between the conductor and the end.
前記接続部は、第1導電体および第2導電体を含む複数の前記導電体を含み、前記保持部は、第1構造体および第2構造体を含む複数の前記構造体を含み、前記第1導電体と前記第2導電体との間に前記第1構造体が配置され、前記第1構造体と前記第2構造体との間に前記第1導電体が配置されてもよい。 The connection portion includes a plurality of the conductors including a first conductor and a second conductor, and the holding portion includes a plurality of the structure bodies including a first structure and a second structure. The first structure may be arranged between one conductor and the second conductor, and the first conductor may be arranged between the first structure and the second structure.
前記構造体は、前記第1面に平行な断面における外縁の各位置における接線が、当該外縁の内側に侵入しない形状を有してもよい。 The structure may have a shape in which a tangent line at each position of the outer edge in a cross section parallel to the first surface does not enter the inside of the outer edge.
前記接続部は、弾性を有する樹脂と前記樹脂に接触して前記導電体が配置されてもよい。 The connecting portion may have a resin having elasticity and the conductor arranged in contact with the resin.
前記導電体は、前記樹脂の表面に沿って配置された部分を含んでもよい。 The conductor may include a portion arranged along the surface of the resin.
前記導電体は、前記樹脂の表面に配置された部分を含み、前記樹脂には導電性粒子が包含されてもよい。 The conductor may include a portion disposed on the surface of the resin, and the resin may include conductive particles.
前記接続部は、前記第1電極および前記第3電極に対し電気的に接続される導電性粒子および前記第1電極および前記第3電極に対し電気的に接続されない導電性粒子を含んでもよい。 The connection portion may include conductive particles that are electrically connected to the first electrode and the third electrode and conductive particles that are not electrically connected to the first electrode and the third electrode.
前記導電体は、線状の金属を含み、前記接続部は、前記第1電極および前記第3電極のいずれとも接続されない線状の導電体をさらに含んでもよい。 The conductor may include a linear metal, and the connecting portion may further include a linear conductor that is not connected to either the first electrode or the third electrode.
前記導電体は、スプリング構造によって弾性を有してもよい。 The conductor may have elasticity due to a spring structure.
前記第2基板の熱膨張係数は、前記第1基板の熱膨張係数より大きくてもよい。 The coefficient of thermal expansion of the second substrate may be larger than the coefficient of thermal expansion of the first substrate.
前記第2基板の熱膨張係数と前記第1基板の熱膨張係数の差は、前記電子デバイスの熱膨張係数と前記第1基板の熱膨張係数との差より大きくてもよい。 The difference between the coefficient of thermal expansion of the second substrate and the coefficient of thermal expansion of the first substrate may be greater than the difference between the coefficient of thermal expansion of the electronic device and the coefficient of thermal expansion of the first substrate.
前記第1基板は、ガラス基板であり、前記ガラス基板を貫通する電極を含んでもよい。 The first substrate may be a glass substrate and may include an electrode penetrating the glass substrate.
前記第2基板は、樹脂を含んでもよい。 The second substrate may include a resin.
本開示によれば、熱応力に起因した不良を抑制することができる。 According to the present disclosure, defects caused by thermal stress can be suppressed.
以下、図面を参照して本開示の一実施形態について説明する。なお、以下に示す各実施形態は一例であって、本開示はこれらの実施形態に限定して解釈されるものではない。本実施形態で参照する図面において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号または類似の符号(数字の後にA、B等を付しただけの符号)を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。また、図面の寸法比率は説明の都合上実際の比率とは異なったり、構成の一部が図面から省略されたりする場合がある。本件明細書に添付する図面においては、図示と理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺および縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張したり、構成の一部が図面から省略されたりする場合がある。 Hereinafter, an embodiment of the present disclosure will be described with reference to the drawings. Each embodiment described below is an example, and the present disclosure should not be construed as being limited to these embodiments. In the drawings referred to in the present embodiment, the same portions or portions having similar functions are designated by the same reference numerals or similar reference numerals (reference numerals having only A, B, etc. added after the numeral), and repetitive description thereof. May be omitted. In addition, the dimensional ratios in the drawings may differ from the actual ratios for convenience of description, and some of the configurations may be omitted from the drawings. In the drawings attached to the present specification, for convenience of illustration and understanding, the scale and the vertical-horizontal dimension ratio are appropriately changed from those of the actual product and exaggerated, or a part of the configuration is omitted from the drawings. There is a case.
<第1実施形態>
[1.電子ユニットの構造]
図1は、本開示の第1実施形態に係る電子ユニットを示す概略平面図である。図2は、本開示の第1実施形態における電子ユニットを示す概略断面図(図1のA1−A2線断面図)である。第1実施形態に係る電子ユニット1は、インターポーザ10(第1基板)、プリント配線板20(第2基板)、電子デバイス30および保持機構50(保持部)を含む。この例では、電子ユニット1は、複数の電子デバイス30(電子デバイス30−1、30−2)、および複数の保持機構50(保持機構50−1、50−2、50−3、50−4)を含む。電子デバイス30−1、30−2のそれぞれを特に区別しない場合には、単に電子デバイス30という。保持機構50−1、50−2、50−3、50−4のそれぞれを特に区別しない場合には、単に保持機構50という。電子デバイス30とプリント配線板20とは、インターポーザ10を介して接続されている。インターポーザ10とプリント配線板20とは、異方性導電フィルム40(接続部)によって接続されている。保持機構50は、インターポーザ10とプリント配線板20とを近づける方向に力を印加して、異方性導電フィルム40を弾性変形させた状態で保持するための構造体を含む。なお、保持機構50は、図1に示すように4つである場合に限らないが、3つ以上であることが好ましく、さらに、少なくとも3つの保持機構50が、直線上に並ばないように配置されることが好ましい。このようにすると、インターポーザ10とプリント配線板20との間隔および平行度を調整することができ、それぞれと異方性導電フィルム40との接続を安定にすることもできる。保持機構50を3つ以下にしてもよく、例えば1つのみとする場合には、インターポーザ10の外周を囲むものであることが好ましい。
<First Embodiment>
[1. Electronic unit structure]
FIG. 1 is a schematic plan view showing an electronic unit according to the first embodiment of the present disclosure. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view (cross-sectional view taken along the line A1-A2 of FIG. 1) showing the electronic unit according to the first embodiment of the present disclosure. The
インターポーザ10は、ガラスあるいはシリコン等を基板とするが、ここではガラスを用いて説明する。インターポーザ10は、ガラス基板を貫通する電極(以下、貫通電極という)、複数の第1電極14および複数の第2電極18を含む。ガラス基板の熱膨張係数は、概ね3〜8ppm/Kである。貫通電極は、図では省略されている。第1電極14は、インターポーザ10の第1面10a側に配置されている。第2電極18は、インターポーザ10の第2面10b側に配置されている。第2面10bは、第1面10aとは反対側の面である。第1電極14の少なくとも一つと、第2電極18の少なくとも一つとは、貫通電極を介して電気的に接続されている。このように、インターポーザ10は、第1面10a側に配置された電極と第2面10b側に配置された電極とを電気的に接続する。
The
電子デバイス30は、シリコン、ガリウム砒素、炭化シリコン等の半導体を基板としている。電子デバイス30は、シリコン等の基板に形成された能動素子等、駆動によって発熱する素子、および第4電極38を含む。シリコン基板の熱膨張係数は、概ね2〜3ppm/Kである。第4電極38は、電子デバイス30の第1面30a側に配置されている。電子デバイス30の第1面30aは、インターポーザ10の第2面10bに対向して配置されている。電子デバイス30の第2面30bは、第1面30aとは反対側の面である。第4電極38と第2電極18とは、バンプ80を介して電気的に接続されている。
The
図では省略されている能動素子は、第1面30a側に形成され、第4電極38を介して電力の供給を受けて駆動することによって発熱する。能動素子から発生した熱は、主として、第1面30a、第2面30bからの放出のほか、第4電極38からバンプ80を介して放出され、インターポーザ10およびプリント配線板20を加熱する。
The active element, which is not shown in the figure, is formed on the
プリント配線板20は、この例では、ガラスエポキシ等の樹脂を基板としている。プリント配線板20は、銅張積層板を用いて銅配線が形成された基板である。この積層板(ガラスエポキシ基板)の熱膨張係数は、ガラス基板の熱膨張係数よりも大きく、概ね15〜25ppm/Kである。このように、熱膨張係数において、インターポーザ10と電子デバイス30とはほとんど同じである一方、インターポーザ10とプリント配線板20とは組み合わせ次第で大きく異なってしまう。また一般的にインターポーザ10と電子デバイス30に比べてプリント配線板20は十分に厚いため、プリント配線板20に由来する応力の影響は大きい。
In this example, the printed
プリント配線板20は、第3電極24を含む。第3電極24は、プリント配線板20の第2面20b側に配置されている。プリント配線板20の第2面20bは、インターポーザ10の第1面10aに対向して配置されている。プリント配線板20の第1面20aは、第2面20bとは反対側の面である。
The printed
異方性導電フィルム40は、導電性粒子41およびバインダ43を含む。導電性粒子41は、樹脂の粒子に導電性の材料(例えば、ニッケルおよび金)をコーティングした構造である。そのため、導電性粒子41が弾性を有する。なお、導電性粒子41は、弾性を有していれば、樹脂の粒子に代えて導電性の材料(例えば金、銀、銅、ニッケルなど)で形成されていてもよい。
The anisotropic
バインダ43は、エポキシまたはアクリル等の熱硬化性樹脂であり、硬化後においても弾性を有する。異方性導電フィルム40は、第1電極14と第3電極24とを電気的に接続する接続部の一例である。異方性導電フィルム40は、圧着により厚さ方向に導電性を有するようになるが、面内方向への導電性は有しない。図においては、第1電極14と第3電極24とは、1つの導電性粒子41を介して電気的に接続されるように示しているが、直列に並んだ複数の導電性粒子41を介して電気的に接続されてもよい。なお、異方性導電フィルム40に代えて、異方性導電ペーストが用いられてもよい。またバインダ43のようにインターポーザ10とプリント配線板20とに対して一様に樹脂が存在する場合に、樹脂は密着性を有していてもよく、その際には接続信頼性を高めるために樹脂は引張応力を有することが好ましい。インターポーザ10は外周から内側に向かって凹むよう応力を受けるため剥離が生じにくくなるだけでなく、保持機構50により加わる応力により異方性導電フィルム40全体に接続信頼性を保つための均一な圧力を加えることができる。
The binder 43 is a thermosetting resin such as epoxy or acrylic, and has elasticity even after being cured. The anisotropic
保持機構50は、インターポーザ10とプリント配線板20とを介して異方性導電フィルム40を弾性変形させた状態で保持するための保持部の一例である。保持機構50は、例えば、ステンレス等の金属、樹脂、セラミックなどで形成される。特に樹脂はプリント配線板20の熱膨張係数に合わせて設計することが可能である。そのため熱による膨張または収縮が生じた際にも異方性導電フィルム40を弾性変形させている力を大きく変化させることなく、一定の力で保つことが可能となる。そのため熱膨張係数は10〜30ppm/Kであることが好ましく、15〜25ppm/Kであることがより好ましい。またインターポーザ10はガラスであるため、インターポーザ10に接触する箇所に対してカケが生じないようにするためにも保持機構50を樹脂により形成することが好ましい。例えば金属やセラミックなどにより保持機構50を形成した場合でもインターポーザ10との接触部分を樹脂で形成することが好ましい。保持機構50は、軸部51および支持部55を含む。軸部51の一端側には支持部55が結合されている。この例では、保持機構50は、ネジ状の構造体であり、軸部51にはネジ山が形成されている。支持部55は、ネジの頭部に対応する。軸部51の一部はプリント配線板20にネジ止めされることで接続されている。これによって、プリント配線板20に対する軸部51の軸方向への移動が規制されている。支持部55は、インターポーザ10の第2面10bと接触する。なお、支持部55とインターポーザ10との間において、支持部55とインターポーザ10との接触を間接的にする座金等の部材が配置されていてもよいし、接着剤でインターポーザ表面へ接着されていてもよい。またプリント配線板20を貫通させ、貫通させた箇所にナット等の固定具を装着して、容易に引き剥がれないようにしてもよい。
The holding
軸部51のうち、プリント配線板20へのネジ止めの量を制御することによって、支持部55とプリント配線板20との距離が制御される。その結果、インターポーザ10とプリント配線板20との距離が制御されるため、その距離を変更することで異方性導電フィルム40に対してインターポーザ10およびプリント配線板20から加える圧力を制御することができる。この例では、保持機構50によって、異方性導電フィルム40が圧縮されて弾性変形した状態で保持される程度に、インターポーザ10とプリント配線板20との距離が制御される。この状態においては、異方性導電フィルム40の弾性力が、形状を復元する方向、すなわちインターポーザ10とプリント配線板20との距離を拡げる方向に働く。
By controlling the screwing amount of the shaft portion 51 to the printed
このように、第1実施形態における電子ユニット1によれば、インターポーザ10とプリント配線板20とが、弾性を有する異方性導電フィルム40で接続されている。これによって、インターポーザ10とプリント配線板20との熱膨張係数が大きく異なっていたとしても、双方の膨張の差により生じる熱応力を異方性導電フィルム40の弾性変形によって分散することができる。したがって、熱応力に起因した不良を抑制することができる。
Thus, according to the
一方、熱応力を緩和する際の異方性導電フィルム40の弾性変形によってインターポーザ10とプリント配線板20との距離が拡がってしまうと、電気的な接続に不良を生じるおそれがある。この接続不良は、例えば、導電性粒子41による導通が阻害されたり、異方性導電フィルム40に対しインターポーザ10が有する第1電極14との導通またはプリント配線板20が有する第3電極24との導通が阻害されたりすることに起因する。第1実施形態における電子ユニット1によれば、異方性導電フィルム40が弾性変形をした状態になるように、インターポーザ10とプリント配線板20との距離が保持機構50によって保持される。
On the other hand, if the distance between the
より詳細に説明する。インターポーザ10およびプリント配線板20の熱膨張による変形等が生じ、この際に、異方性導電フィルム40の弾性変形が復元される方向(インターポーザ10とプリント配線板20との距離が拡がっていく状態)に変化していく状況を想定する。このような状況であっても、弾性変形をした状態(完全には復元されない状態)が維持されているように、予め保持機構50における支持部55の位置(プリント配線板20にネジ止めする量)を設定しておく。これによって、異方性導電フィルム40によってインターポーザ10とプリント配線板20とを接続した時点(保持機構50を設ける前)よりも、インターポーザ10とプリント配線板20とを狭くした状態を維持することができる。その結果、導電性粒子41がバインダ43とともに第1電極14と第3電極24とに押しつけられる状態となり、第1電極14と第3電極24との導通を維持することができる。
This will be described in more detail. Deformation and the like of the
[2.電子ユニットの製造方法]
続いて、電子ユニット1の製造方法について説明する。
[2. Electronic unit manufacturing method]
Subsequently, a method of manufacturing the
図3〜図5は、本開示の第1実施形態に係る電子ユニットを製造する方法を説明する図である。まず、図3に示すようにインターポーザ10を準備する。インターポーザ10は、上述したように、第1面10aに電極パッドとして配置された第1電極14、および第2面10bに電極パッドとして配置された第2電極18を含む。
3 to 5 are diagrams illustrating a method of manufacturing the electronic unit according to the first embodiment of the present disclosure. First, as shown in FIG. 3, the
続いて、図4に示すように、電子デバイス30の第1面30aに配置された第4電極38と第2電極18とをバンプ80を介して電気的に接続する。この接続方法は、例えばリフロー方式が用いられる。
Subsequently, as shown in FIG. 4, the
続いて、図5に示すように、プリント配線板20の第2面20bに配置された第3電極24と第1電極14とによって異方性導電フィルム40を挟む。このあと、熱圧着により、第1電極14と第3電極24とを電気的に接続する。その後、図1に示すように、保持機構50によってインターポーザ10とプリント配線板20との距離をさらに狭め、異方性導電フィルム40を弾性変形させた状態で保持する。以上が、電子ユニット1の製造方法の説明である。
Subsequently, as shown in FIG. 5, the anisotropic
<第2実施形態>
第2実施形態では、インターポーザ10とプリント配線板20とが弾性を有するバンプによって接続される電子ユニット1Aについて説明する。
<Second Embodiment>
In the second embodiment, an electronic unit 1A in which the
図6は、本開示の第2実施形態における電子ユニットにおいてプリント配線板とインターポーザとを固定する前の構成を示す概略断面図である。図7は、本開示の第2実施形態における電子ユニットを示す概略断面図である。電子ユニット1Aのうち、第1実施形態において説明した構成と同じ部分の説明については省略する。 FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing the configuration before fixing the printed wiring board and the interposer in the electronic unit according to the second embodiment of the present disclosure. FIG. 7 is a schematic sectional view showing an electronic unit according to the second embodiment of the present disclosure. Of the electronic unit 1A, the description of the same parts as those described in the first embodiment will be omitted.
インターポーザ10の第1面10aには、第1電極14Aが配置されている。プリント配線板20とインターポーザ10との間には、弾性バンプ40Aが配置されている。弾性バンプ40Aは、導電体41Aと樹脂42Aとを含む。樹脂42Aは、弾性を有し、インターポーザ10上において略半球状に形成されている。導電体41Aは、樹脂42Aの表面を覆い、第1電極14Aに電気的に接続されている。導電体41Aは、例えば、樹脂42Aをニッケルおよび金の順で覆っている。なお、このような弾性バンプ40Aの製造方法等は、特開2009−111017号公報に例示されている。
The
インターポーザ10とプリント配線板20とを接続するときには、まず、図6に示すように、第3電極24上に導電体41Aを接触させる。その後、図7に示すように、保持機構50によってインターポーザ10とプリント配線板20との距離を狭めることで、樹脂42Aが弾性変形する。このとき、導電体41Aは、樹脂42Aの弾性変形に追従して変形する。導電体41Aそのものは塑性変形をしたとしても、樹脂42Aの弾性変形に対して追従することで、弾性バンプ40Aとしては弾性変形をすることができる。
When connecting the
その結果、インターポーザ10とプリント配線板20との間の弾性バンプ40Aが全体として押しつぶされるように弾性変形し、導電体41Aが第3電極24に押しつけられる状態となり、第1電極14Aと第3電極24とが導電体41Aを介して導通する。弾性バンプ40Aの弾性変形が復元される方向(インターポーザ10とプリント配線板20との距離が拡がっていく状態)に変化したとしても、弾性変形をした状態(完全には復元されない状態)が保持機構50によって維持される。したがって、このような構成であっても、樹脂42Aの弾性によって応力が分散され、また、保持機構50によって、第3電極24と導電体41Aとが離隔することを抑制することができる。
As a result, the
なお、弾性バンプ40Aは、インターポーザ10上に形成される場合に限られず、プリント配線板20上に形成されてもよい。また、弾性バンプ40Aは、インターポーザ10およびプリント配線板20のいずれとも別体として形成されてもよい。この場合には、弾性バンプ40Aは、インターポーザ10(第1電極14)とプリント配線板20(第3電極24)とに挟まれることによってその位置が固定される。
The
また弾性バンプ40Aの別の例として、樹脂42Aとして導電性を有する粒子を包含した材料を使用してもよい。この場合には、弾性バンプ40Aがインターポーザ10とプリント配線板20とに挟まれることにより変形すると、樹脂42Aに包含された導電性粒子同士の接触、導電性粒子とインターポーザ10が有する第1電極14Aとの接触、および導電性粒子とプリント配線板20が有する第3電極24との接触が実現する。これによって、弾性バンプ40Aを介した電極14Aと電極24との電気的な接続を実現することができる。
As another example of the
弾性バンプ40Aは電気的接続の信頼性を確保できるよう、つまりインターポーザ10およびプリント配線板20の電極に対して圧接している状態を保つことができるよう、反発力を有していることが好ましい。また弾性バンプ40Aは塑性を有していてもよい。ただしインターポーザ10とプリント配線板20とに挟まれることによって崩れ、導電性粒子やこれを含む樹脂が意図しない箇所へ広がってしまわないよう、塑性を有する弾性バンプ40Aの表面に被覆膜を有していてもよい。被覆膜は例えば金やニッケル、白金などの金属膜またはこれら金属膜の組み合わせによりなる積層膜によって形成されると電気的な接続を確実にすることができ好ましい。
The
<第3実施形態>
第3実施形態では、インターポーザ10とプリント配線板20とが、貫通電極が設けられた樹脂フィルム(以下、貫通電極フィルムという)によって接続される電子ユニット1Bについて説明する。
<Third Embodiment>
In the third embodiment, an
図8は、本開示の第3実施形態における電子ユニットにおいてプリント配線板とインターポーザとを固定する前の構成を示す概略断面図である。図9は、本開示の第3実施形態における電子ユニットを示す概略断面図である。電子ユニット1Bのうち、第1実施形態において説明した構成と同じ部分の説明については省略する。
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a configuration before fixing the printed wiring board and the interposer in the electronic unit according to the third embodiment of the present disclosure. FIG. 9 is a schematic sectional view showing an electronic unit according to the third embodiment of the present disclosure. A description of the same parts of the
図8に示すように、インターポーザ10とプリント配線板20との間には、貫通電極フィルム40Bが配置されている。貫通電極フィルム40Bは、フィルム43Bおよびフィルム43Bを貫通する導電体41Bを含む。フィルム43Bは、ポリイミド、シリコーン等の樹脂であり、少なくとも厚さ方向に対して弾性を有する。導電体41Bは、フィルム43Bに囲まれた線状の金属である。なお、貫通電極フィルム40Bが弾性変形をする前の状態では、導電体41Bは、直線形状(柱形状)になっている。
As shown in FIG. 8, a through
インターポーザ10とプリント配線板20とを接続するときには、まず、図8に示すように、インターポーザ10とプリント配線板20との間に貫通電極フィルム40Bを配置する。導電体41Bの一部は、第1電極14と第3電極24とに接触する。以下、導電体41Bのうち、第1電極14と第3電極24との双方に接触しないものについては、符号を変えて導電体41Baと表す。
When connecting the
その後、図9に示すように、保持機構50によってインターポーザ10とプリント配線板20との距離を狭めることで、フィルム43Bが弾性変形する。このとき、導電体41Bは、フィルム43Bの弾性変形に追従しながら曲がる。導電体41Bそのものは塑性変形したとしても、フィルム43Bの弾性変形に対して追従することで、貫通電極フィルム40Bとしては弾性変形をすることができる。また導電体41Bはフィルム40Bに囲まれているため、導電体41Bがフィルム43Bの弾性変形に追従しながら曲がったとしても隣接する導電体41B同士が短絡することもない。
Thereafter, as shown in FIG. 9, the
その結果、インターポーザ10とプリント配線板20との間の貫通電極フィルム40Bのうち、第1電極14と第3電極24とに挟まれた部分が全体として押しつぶされるように弾性変形し、導電体41Bが第1電極14および第3電極24に押しつけられる状態となり、第1電極14と第3電極24とが導電体41Bを介して導通する。なお、貫通電極フィルム40Bの弾性変形が開放されると、フィルム43Bが元の形状に戻り、それに追従して導電体41Bも柱形状に戻ろうとする。
As a result, of the through
貫通電極フィルム40Bの弾性変形が復元される方向(インターポーザ10とプリント配線板20との距離が拡がっていく状態)に変化したとしても、弾性変形をした状態(完全には復元されない状態)が保持機構50によって維持される。したがって、このような構成であっても、フィルム43Bの弾性によって応力が分散され、また、保持機構50によって、導電体41Bを介した第1電極14と第3電極24との導通を維持することができる。
Even if the elastic deformation of the through
また、フィルム43Bの材料に弾性変形が起こりにくい材料を選択した場合でも、導電体40Bが塑性変形することにより、圧接後に第1電極14と第3電極24との導通を獲得し維持することも可能である。このときでもフィルム43Bは他の場合と同様に導電体40B同士の絶縁性を保つことと、第1電極14と第3電極24に対して導電体40Bの位置を正確に保つことができるよう位置を定める機能が必要とされる。
Even when a material that does not easily elastically deform is selected as the material of the
<第4実施形態>
第4実施形態では、インターポーザ10とプリント配線板20とが弾性を有するスプリング状の導電体(以下、導電スプリングという)によって接続される電子ユニット1Cについて説明する。
<Fourth Embodiment>
In the fourth embodiment, an
図10は、本開示の第4実施形態における電子ユニットにおいてプリント配線板とインターポーザとを固定する前の構成を示す概略断面図である。図11は、本開示の第4実施形態における電子ユニットを示す概略断面図である。電子ユニット1Cのうち、第1実施形態において説明した構成と同じ部分の説明については省略する。
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing the configuration before fixing the printed wiring board and the interposer in the electronic unit according to the fourth embodiment of the present disclosure. FIG. 11 is a schematic sectional view showing an electronic unit according to the fourth embodiment of the present disclosure. Of the
図10に示すように、プリント配線板20の第2面20bに配置された第3電極24には、導体スプリング40Cが接続されている。導体スプリング40Cは、第2面20bに垂直な方向に対して弾性を有する金属である。なお、このような導体スプリング40Cの製造方法等は、特開2004−259530号公報に例示されている。
As shown in FIG. 10, a
インターポーザ10とプリント配線板20とを接続するときには、まず、図10に示す状態から、導体スプリング40Cの先端を第1電極14に接触させる。その後、図11に示すように、保持機構50によって、インターポーザ10とプリント配線板20との距離を狭めることで、導体スプリング40Cが縮むように弾性変形する。その結果、導体スプリング40Cが第1電極14に押しつけられる状態となり、第1電極14と第3電極24とが導体スプリング40Cを介して導通する。
When connecting the
導体スプリング40Cの弾性変形が復元される方向(インターポーザ10とプリント配線板20との距離が拡がっていく状態)に変化したとしても、弾性変形をした状態(完全には復元されない状態)が保持機構50によって維持される。したがって、このような構成であっても、導体スプリング40Cの弾性によって応力が分散され、また、保持機構50によって、第1電極14と導体スプリング40Cとが離隔することを抑制することができる。なお、導体スプリング40Cは、コイルバネ形状の電極に限らず、板バネ状(カンチレバー等)の電極であってもよい。また、導体スプリング40Cは、プリント配線板20の第3電極24に設けられる場合に限らず、インターポーザ10の第1電極14に設けられてもよい。
Even if the elastic deformation of the
<第5実施形態>
第5実施形態では、保持機構50における保持の機能を、インターポーザ10とプリント配線板20との間に配置される柱状構造体50Dによって実現する電子ユニット1Dについて説明する。柱状構造体50Dは、インターポーザ10とプリント配線板20との間に配置されるため、インターポーザ10とプリント配線板20との間に空間が形成されるような場合に適用可能である。例えば、上述した実施形態のうち、第2実施形態のような弾性バンプ40Aにより接続される場合、または、第4実施形態のように導体スプリング40Cにより接続される場合に、柱状構造体50Dが適用可能である。第5実施形態では、第2実施形態において柱状構造体50Dを適用した電子ユニット1Dについて説明する。
<Fifth Embodiment>
In the fifth embodiment, an
図12は、本開示の第5実施形態における電子ユニットにおいてプリント配線板とインターポーザとを固定する前の構成を示す概略断面図である。図13は、本開示の第5実施形態における電子ユニットを示す概略断面図である。電子ユニット1Dのうち、第1実施形態および第2実施形態において説明した構成と同じ部分の説明については省略する。
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing the configuration before fixing the printed wiring board and the interposer in the electronic unit according to the fifth embodiment of the present disclosure. FIG. 13 is a schematic sectional view showing an electronic unit according to the fifth embodiment of the present disclosure. Of the
インターポーザ10とプリント配線板20との間には、複数の柱状構造体50Dが配置されている。柱状構造体50Dは、インターポーザ10の第1面10aとプリント配線板20の第2面20bとに接着され、インターポーザ10とプリント配線板20とを近づける方向に力を加える。柱状構造体50Dは、例えば、樹脂等で形成され、少なくとも弾性バンプ40Aよりも熱膨張係数が小さく、かつ剛性が高いことが好ましい。熱膨張係数を小さくすると、熱が加わった時にインターポーザ10とプリント配線板20との間隔を押し広げる作用が抑制される。また剛性を高くすると、弾性バンプ40Aによる応力によってインターポーザ10とプリント配線板20との間隔が広がってしまうことが抑制される。このときの熱膨張係数の差が5pppm/K以上であることが好ましい。また剛性の差が3GPa以上であることが好ましい。
A plurality of
弾性バンプ40A(樹脂42A)を弾性変形させた状態で保持することによって、インターポーザ10とプリント配線板20との距離(位置関係)を固定している。すなわち、柱状構造体50Dは、弾性バンプ40Aの弾性力に抗して、インターポーザ10とプリント配線板20とを引っ張る方向の力(引張応力)を生じる。または、引張応力と同様の効果を奏するため、予め柱状構造体50Dの高さと弾性バンプ40Aの高さとを相違させておいてもよいし、場所により柱状構造体50Dの材料を相違させてもよい。例えば高さを相違させる場合には、インターポーザ10の中心に向かうにつれて柱状構造体50Dを低くすることが好ましい。場所により材料を相違させる場合には、インターポーザ10の中心に向かうにつれて熱膨張係数が低くなるように柱状構造体50Dの材料を選択することが好ましい。
By holding the
インターポーザ10とプリント配線板20とを接続するときには、まず、図12に示すように、第3電極24上に導電体41Aを接触させる。このとき、柱状構造体50Dは、プリント配線板20に接着されているが、インターポーザ10から離隔している。なお、柱状構造体50Dが、インターポーザ10側に接着されていてもよい。この場合には、柱状構造体50Dは、プリント配線板20から離隔している。
When connecting the
続いて、図13に示すように、インターポーザ10とプリント配線板20との距離を狭めることで、弾性バンプ40Aを押しつぶして弾性変形させつつ、柱状構造体50Dとインターポーザ10とを接着する。接着強度は、弾性バンプ40Aの弾性変形が復元される応力より強固なことが要求される。その結果、導電体41Aが第3電極24に押しつけられる状態となり、第1電極14Aと第3電極24とが導電体41Aを介して導通する。
Then, as shown in FIG. 13, by narrowing the distance between the
弾性バンプ40Aの弾性変形が復元される方向(インターポーザ10とプリント配線板20との距離が拡がっていく状態)に変化したとしても、弾性変形をした状態(完全には復元されない状態)が柱状構造体50Dによって維持される。したがって、このような構成であっても、樹脂42Aの弾性によって応力が分散され、また、柱状構造体50Dによって、第3電極24と導電体41Aとが離隔することを抑制することができる。
Even if the elastic deformation of the
ここで、柱状構造体50Dと弾性バンプ40Aとの位置関係を説明する。
Here, the positional relationship between the
図14は、本開示の第5実施形態における柱状構造体の配置例を示す図である。より詳細には、図14は、柱状構造体50Dと弾性バンプ40Aとの位置関係を、プリント配線板20の第2面20bに垂直な方向に沿って見た図である。図14に示す一例では、複数の弾性バンプ40Aと複数の柱状構造体50Dとが交互に並んで配置されている。例えば、弾性バンプ40A−1と、これに隣り合う弾性バンプ40A−2との間に、柱状構造体50D−1が配置されている。また、柱状構造体50D−1と、これに隣り合う柱状構造体50D−2との間に、弾性バンプ40A−2が配置されている。
FIG. 14 is a diagram showing an arrangement example of columnar structures in the fifth embodiment of the present disclosure. More specifically, FIG. 14 is a diagram showing the positional relationship between the
言い換えると、図14に示す配置例は、以下のように示すこともできる。例えば、隣り合う2つの弾性バンプ40A間の距離よりも弾性バンプ40Aに隣り合う柱状構造体50Dまでの距離の方が短くなるように配置される。また、隣り合う2つの柱状構造体50D間の距離よりも柱状構造体50Dに隣り合う弾性バンプ40Aまでの距離の方が短くなるように配置される。
In other words, the arrangement example shown in FIG. 14 can also be shown as follows. For example, the distance to the
さらに、この例では、柱状構造体50Dの少なくとも一つ(例えば、柱状構造体50D−1)とインターポーザ10の端部との距離は、弾性バンプ40Aの少なくとも一つ(例えば、弾性バンプ40A−1)と当該端部との距離よりも大きい。
Further, in this example, the distance between at least one of the
なお、図14に示す配置例は、一例であって、別の配置であってもよい。例えば、弾性バンプ40Aおよび柱状構造体50Dのうち、インターポーザ10の端部に最も近い方は、図14に示すように弾性バンプ40Aであってもよいし、柱状構造体50Dであってもよい。図14に示すような配置であれば、インターポーザ10の端部近傍まで弾性バンプ40Aを効率的に配置できる。一方、柱状構造体50Dがインターポーザ10の端部に近い位置に配置されていれば、弾性バンプ40Aの周囲を囲むように柱状構造体50Dを配置することもできるから、効率的に弾性バンプ40Aの弾性変形を実現することができる。
The arrangement example shown in FIG. 14 is an example, and another arrangement may be used. For example, of the
続いて、柱状構造体50Dを第1面10aに平行な断面として見た場合の形状について説明する。なお、この断面形状は、図14に示す例では円である。
Next, the shape when the
図15は、本開示の第5実施形態における柱状構造体の形状(第1の例)を示す図である。図16は、本開示の第5実施形態における柱状構造体の形状(第2の例)を示す図である。柱状構造体50Dの断面形状は、図14および図15(a)に示す円のほかにも、図15(b)(c)に示す形状および図16に示す形状のように様々に取り得る。図15に示すグループと図16に示すグループとは、以下の通り区分される。
FIG. 15 is a diagram showing the shape (first example) of the columnar structure according to the fifth embodiment of the present disclosure. FIG. 16 is a diagram showing the shape (second example) of the columnar structure according to the fifth embodiment of the present disclosure. The cross-sectional shape of the
図15に示すグループ(柱状構造体50D、50DA、50DB)は、断面形状の外縁における接線Tが、どの位置の接線Tであっても外縁を横切らない、すなわち、接線Tが外縁で囲まれる内部(柱状構造体自身)に侵入しない形状である。一方、図16に示すグループ(柱状構造体50DC、50DD、50DE)は、断面形状の外縁における接線Tが、いずれかの位置(例えば図16に示す位置)の接線Tにおいて外縁を横切る、すなわち、接線Tが外縁で囲まれる内部(柱状構造体自身)に侵入する形状である。
In the group (
いずれの構造であっても、柱状構造体50Dとなり得るが、図15に示すグループの構造であることが望ましい。このような構造であると、応力が引張方向に働きやすい構造であるため、柱状構造体50Dの両端に接着されているインターポーザ10とプリント配線板20との距離が拡がってしまうのを効率的に抑制することができる。
Although any structure can be used as the
<第6実施形態>
第6実施形態では、電子デバイス30の放熱のためのヒートシンク(温度調整部)がさらに配置された電子ユニット1Eについて説明する。
<Sixth Embodiment>
In the sixth embodiment, an
図17は、本開示の第6実施形態における電子ユニットを示す概略断面図である。電子ユニット1Eのうち、第1実施形態において説明した構成と同じ部分の説明については省略する。
FIG. 17 is a schematic sectional view showing an electronic unit according to the sixth embodiment of the present disclosure. Of the
電子デバイス30の第2面30bには、放熱グリス37を介してヒートシンク70が配置されている。このように、この例では、保持機構50Eは、ヒートシンク70とプリント配線板20とに接触し、ヒートシンク70とプリント配線板20との間の距離を制御することができる。このことは、ヒートシンク70を介してインターポーザ10とプリント配線板20との距離を制御することにもなる。したがって、第6実施形態における保持機構50Eによっても、異方性導電フィルム40を弾性変形させた状態で保持することできる。また、この構成によれば、ヒートシンク70と電子デバイス30との密着度が、単に放熱グリス37を介した接触とするだけの密着度よりも向上するため、放熱効果も向上する。
A
<第7実施形態>
第7実施形態では、上述した各実施形態における電子ユニットを用いた電子機器について説明する。電子機器としては、例えば、携帯端末、情報処理装置、家電等が例示される。携帯端末は、より具体的には、携帯電話、スマートフォン、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラおよびノート型パーソナルコンピュータ等が挙げられる。情報処理装置は、より具体的には、デスクトップ型パーソナルコンピュータ、サーバ、カーナビゲーション、通信デバイス等が挙げられる。
<Seventh Embodiment>
In the seventh embodiment, an electronic device using the electronic unit in each of the above-described embodiments will be described. Examples of electronic devices include mobile terminals, information processing devices, home appliances, and the like. Specific examples of the mobile terminal include a mobile phone, a smartphone, a digital still camera, a digital video camera, and a notebook personal computer. More specifically, the information processing device may be a desktop personal computer, a server, a car navigation, a communication device, or the like.
図18は、本開示の第7実施形態における電子機器の一例を説明する図である。一例として第1実施形態における電子ユニット1が搭載された電子機器の例として、スマートフォン500およびノート型パーソナルコンピュータ600を示した。これらの電子機器は、アプリケーションプログラムを実行して各種機能を実現するCPU等で構成される制御部1100を有する。各種機能の少なくとも一つには、電子ユニット1からの出力信号を用いる機能が含まれる。なお、電子ユニット1が制御部1100の機能を有していてもよい。
FIG. 18 is a diagram illustrating an example of the electronic device according to the seventh embodiment of the present disclosure. As an example, the
<変形例>
本開示は上述した実施形態に限定されるものではなく、他の様々な変形例が含まれる。例えば、上述した実施形態は本開示を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることがあり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。以下、一部の変形例について説明する。なお、第1実施形態を変形した例については、他の実施形態を変形する例としても適用することができる。
<Modification>
The present disclosure is not limited to the above-described embodiment, and various other modifications are included. For example, the above-described embodiments have been described in detail in order to explain the present disclosure in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those including all the configurations described. Further, a part of the configuration of a certain embodiment may be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of a certain embodiment may be added to the configuration of another embodiment. Further, it is possible to add/delete/replace other configurations with respect to a part of the configurations of the respective embodiments. Hereinafter, some modified examples will be described. Note that the modified example of the first embodiment can be applied as an modified example of the other embodiments.
(1)プリント配線板20は、ガラスエポキシ基板に限らず、インターポーザ10と熱膨張係数が異なる基板であれば、どのような基板であってもよい。
(1) The printed
(2)保持機構50はプリント配線板20にネジ止めされることで、軸部51の軸方向への移動が規制されているが、接着剤等による別の手段で移動が規制されてもよい。
(2) Although the
(3)保持機構50は、支持部55とプリント配線板20との間をつなぐ部分が軸部51であったが、軸形状(例えば、円柱等)に限らず、板状であってもよい。板状の場合には、板状の部分とプリント配線板20とは、接着剤等で固定されればよい。
(3) In the
1,1A,1B,1C,1D,1E,114Z…電子ユニット、10,10Z…インターポーザ、14,14A…第1電極、14Z…電極、18…第2電極、20,20Z…プリント配線板、24…第3電極、30,30Z…電子デバイス、37…放熱グリス、38…第4電極、40…異方性導電フィルム、40A…弾性バンプ、40B…貫通電極フィルム、40C…導体スプリング、40Z…半田、41…導電性粒子、41A,41B…導電体、41Ba…導電体、42A…樹脂、43…バインダ、43A…樹脂、43B…フィルム、50…保持機構、50−1…保持機構、50−2…保持機構、50−3…保持機構、50−4…保持機構、50D,50DA,50DB,50DC,50DD,50DE…柱状構造体、50E…保持機構、51…軸部、55…支持部、70…ヒートシンク、80…バンプ、500…スマートフォン、600…ノート型パーソナルコンピュータ、1100…制御部 1, 1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 114Z... Electronic unit, 10, 10Z... Interposer, 14, 14A... First electrode, 14Z... Electrode, 18... Second electrode, 20, 20Z... Printed wiring board, 24 ...Third electrode, 30, 30Z... Electronic device, 37... Heat dissipation grease, 38... Fourth electrode, 40... Anisotropic conductive film, 40A... Elastic bump, 40B... Penetrating electrode film, 40C... Conductor spring, 40Z... Solder , 41... Conductive particles, 41A, 41B... Conductor, 41Ba... Conductor, 42A... Resin, 43... Binder, 43A... Resin, 43B... Film, 50... Holding mechanism, 50-1... Holding mechanism, 50-2 ... Holding mechanism, 50-3... Holding mechanism, 50-4... Holding mechanism, 50D, 50DA, 50DB, 50DC, 50DD, 50DE... Columnar structure, 50E... Holding mechanism, 51... Shaft section, 55... Support section, 70 ... heat sink, 80... bump, 500... smartphone, 600... notebook type personal computer, 1100... control unit
Claims (18)
前記第1面に対向して配置され、熱膨張係数が前記第1基板と異なる第2基板であって、前記第1基板側の面に第3電極を有する第2基板と、
能動素子を含み、前記第2面に対向して配置され、前記第2電極に電気的に接続された電子デバイスと、
前記第1電極と前記第3電極とを電気的に接続する導電体を含み、弾性を有する接続部と、
前記第1基板および前記第2基板によって前記接続部を弾性変形させた状態で保持するための保持部と、
を備える電子ユニット。 A first substrate having a first electrode arranged on a first surface and a second electrode arranged on a second surface opposite to the first surface;
A second substrate which is arranged so as to face the first surface and has a coefficient of thermal expansion different from that of the first substrate, and which has a third electrode on the surface on the first substrate side;
An electronic device including an active element, arranged to face the second surface, and electrically connected to the second electrode;
An elastic connecting portion that includes a conductor that electrically connects the first electrode and the third electrode;
A holding portion for holding the connecting portion in an elastically deformed state by the first substrate and the second substrate;
An electronic unit comprising.
前記構造体は、前記温度調整部に接続する部分および前記第2基板に接続する部分を含む、請求項2に記載の電子ユニット。 Further comprising a temperature adjustment unit arranged on the side opposite to the first substrate with respect to the electronic device,
The electronic unit according to claim 2, wherein the structure includes a portion connected to the temperature adjustment unit and a portion connected to the second substrate.
前記保持部は、第1構造体および第2構造体を含む複数の前記構造体を含み、
前記第1導電体と前記第2導電体との間に前記第1構造体が配置され、
前記第1構造体と前記第2構造体との間に前記第1導電体が配置されている、請求項5に記載の電子ユニット。 The connection portion includes a plurality of the conductors including a first conductor and a second conductor,
The holding part includes a plurality of the structures including a first structure and a second structure,
The first structure is disposed between the first conductor and the second conductor,
The electronic unit according to claim 5, wherein the first conductor is arranged between the first structure and the second structure.
前記樹脂には導電性粒子が包含されている、請求項9に記載の電子ユニット。 The conductor includes a portion disposed on the surface of the resin,
The electronic unit according to claim 9, wherein the resin contains conductive particles.
前記接続部は、前記第1電極および前記第3電極のいずれとも接続されない線状の導電体をさらに含む、請求項9に記載の電子ユニット。 The conductor includes a linear metal,
The electronic unit according to claim 9, wherein the connection portion further includes a linear conductor that is not connected to either the first electrode or the third electrode.
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