JP4434546B2

JP4434546B2 - フィルム状デバイスの集積回路構造体

Info

Publication number: JP4434546B2
Application number: JP2002019947A
Authority: JP
Inventors: 宗和西原; 隆亮東田; 憲一山本; 崇文大熊; 大輔末次; 誠二中嶋; 健一佐藤
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-01-29
Filing date: 2002-01-29
Publication date: 2010-03-17
Anticipated expiration: 2022-01-29
Also published as: JP2003224366A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はフィルム状デバイスの集積回路構造体、例えば多層回路基板と機能モジュールを用いた電気機器又は光機器などのフィルム状デバイスの集積回路構造体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電気機器や光機器に用いられる回路基板は、小型・高性能化を実現するために、基板の片面だけに回路を形成した片面板から基板の両面に回路を形成した両面板に、さらに多層に回路を形成した多層回路基板へと変化してきており、現在では高密度に多層化された基板が多くの電気機器に採用されている。
【０００３】
多層回路基板の製造工程では、まずガラスクロスにエポキシ樹脂を含浸させて乾燥させ、プリプレグと呼ばれる基板材料が製造される。次に、この基板材料の両面に銅箔を張り付け、さらに銅箔の上にドライフィルムをラミネートし、そしてドライフィルムを感光及び現像してエッチングパターンを形成した後銅箔をエッチングし、最後にドライフィルムを除去して両面板が形成される。このようにして形成された両面板はプリプレグと交互に積層され、加熱とプレスによって一体化される。その後、所望の位置に穴を加工し、穴の内面に導電性の薄膜を形成し、各層間の導通が確保される。
【０００４】
このようにして製造された多層基板の上には、電気回路としての機能を持たせるために、各種の機能部品が実装される。通常、多層回路基板の表面に、信号を加工するためのＬＣＲ等のチップ機能部品をはじめ、信号を演算するためのパッケージされたロジックデバイス等が表面実装される。そして、電気や光機器としての商品機能を満たすためには、いくつかの多層回路基板をモジュールとして接続する必要があり、加えて電気信号や光信号または音声信号をその商品機能に必要な情報に変換させるための各種の機能モジュールや電源回路としての電池等とも接続される。
【０００５】
以下に図面を参照しながら、上記した従来の多層回路基板を用いた電気・光機器の一例について説明する。
【０００６】
図４は従来の多層回路基板と機能モジュールを用いた電気・光機器の構成例の断面図を示すものである。図において、３１は多層プリント基板、３２はフレキシブル基板、３３ａは液晶モジュール、３３ｂは光学カメラモジュール、３３ｃは入力用タッチパネルモジュール、３４はパッケージされたロジック回路、３５はチップ状機能部品、３６は多層回路基板内の銅箔配線、３７は多層回路の層間接続する導電ペーストで充填されたスルーホール部分である。
【０００７】
以上のように構成された多層回路基板を用いた電気・光機器について、以下その動作について説明する。まず、外部の光学的な情報は、光学カメラモジュール３３ｂで取り込まれ、電気信号に変換され、裏面に配置されたロジック回路３４で演算処理され、画像データに変換される。人間がタッチパネル３３ｃ上で必要な情報を入力すると、その情報は電気信号に変換される。また、この電気信号は、裏面にあるチップ回路部品等によって加工される。このようにして取り込まれた情報は電気的な信号データに変換されるが、この信号データはフレキシブル基板３２を介して他の多層回路基板に伝送され、そこではパッケージされたロジック回路３４やＬＣＲ等のチップ状機能部品３５によって更に変換される。変換加工されたデータはさらに、フレキシブル基板３２を介して表示用の液晶モジュール３３ａに伝送され、光信号に変換され、画像データとして出力される。
【０００８】
このような機能を備えた多層回路基板の両面に実装された機能デバイスや部品は、層内又は層間に配置された各種の配線によって繋がられている。層内の配線（回路パターン）は銅箔配線３６を用いて構成されており、また、層間の接続は多層回路基板の両面を貫通するスルーホール内に充填された導電ペースト３７を介して各層の銅箔配線３６と電気的に接続されており、これにより立体的な回路が構成されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような立体構成では、各多層回路基板の表面のみに機能部品が実装されているため、各部品間やモジュール間の配線長さを短くできず、更に各多層回路基板間を繋ぐフレキシブル基板等も必要となり、高周波信号伝送時のロスやノイズの影響が発生しやすくなる。また、チップ状機能部品やパッケージ機能デバイスをはんだ等で多層回路上へ接続する構造であるので、各部品の機能精度や実装精度による回路全体の特性精度の向上が困難であった。その結果、動作周波数の更なる高周波化や高速化、デジタル化に対応できず、機器としての高機能化や小型軽量化が困難になりつつあるという問題点を有していた。
【００１０】
本発明は上記従来の問題点を解決するもので、各機能モジュール間を伝送ロスのない最短配線で接続でき、高精度な機能部品を３次元的に集積することが可能であり、電気・光機器の高機能化と小型軽量化を実現するための回路構造体を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明の回路構造体は、ベアチップ状の機能デバイスを配置した回路を有する有機フィルムと、少なくとも一つの機能モジュールを配置した回路を有する有機フィルムと、有機フィルム上に薄膜形成したものを切断した薄型の機能部品を配置した機能回路を有する有機フィルムと、隣接する有機フィルム間に配置され、隣接する有機フィルム間を絶縁し接合する接着フィルムとを積層し、隣接する有機フィルムに配置された回路を上記隣接する有機フィルムの層間で電気的又は光学的に接続したことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図３を用いて説明する。図１は本発明の実施形態におけるモバイル端末用のフィルム状デバイスの集積回路構造体の斜視概念図を示すものであり、図２は本発明の実施形態における集積回路構造体の断面図、図３は集積回路構造の具体的な利用形態を示す図である。
【００１３】
図１および図２において、１は機能モジュール回路を有する有機フィルム、２は薄膜形成された機能部品とベアチップ状デバイスを有する有機フィルム、３は機能モジュール回路と薄膜形成された機能回路を有する有機フィルム、４は透明保護フィルム、５は接着フィルム、６は保護フィルム、７ａから７ｉは薄型の各種機能モジュール、８ａから８ｃは各種薄膜で形成された機能回路部品、９はベアチップ状の機能デバイス、１０は各フィルムの層間を金属接合している部分である。
【００１４】
機能モジュールは、液晶等のディスプレイ７ａであり、圧電材料を用いたレシーバ(スピーカ) ７ｂ、薄型のマイクロホン７ｃ、ＣＣＤカメラ７ｄ、タッチパネル等のボタン類７ｅ、ＬＥＤ等の発光素子７ｆ、電波を受信する薄型のアンテナ７ｇ、薄型のバッテリ７ｈ、振動を発生させる薄膜状のバイブレータ７ｉを含む。
【００１５】
図１の斜視概念図において、各種機能モジュール７は、厚みが１００μｍ以下のＰＥＴやポリイミド等の有機フィルム１および３上に配置されている。有機フィルム１には、機器を扱う人間の視聴覚インターフェイス機能を有するモジュールが配置されており、その表面には透明な保護フィルム４が接着されている。有機フィルム１上では電気信号や光信号および音声信号を互いに変換し、各機能モジュール間の電気配線によって必要な情報を処理している。
【００１６】
有機フィルム３には、モバイル端末における電源供給や電波信号の受信、振動発生等、人間の視聴覚以外の信号等の機能モジュールが配置されている。さらにその下には保護用のフィルム６が接着されている。
【００１７】
これらの機能モジュール７の信号を処理し加工や制御するために、図２に示すように、各有機フィルムの層間を金属材料のバンプ等による金属接合１０によって電気的に接続している。金属接合部１０以外の部分は絶縁を保つとともに上下の有機フィルムを接合するために、接着フィルム５によって有機材料が充填されている。
【００１８】
各層の有機フィルム１、２または３は必要に応じて複数枚を積層してもよい。その場合、各層の間には、接着フィルム５が複数枚挿入される。
【００１９】
層間接続において、電気信号でなく光信号で接続する場合、接着フィルム５として透明なフィルムや材料を部分的に使用し、ＬＥＤ等の発光素子とフォトダイオード等受光素子を光学的に接続してもよい。
【００２０】
有機フィルム２には、各種の信号を演算処理する機能部品やデバイスなどの機能回路が配置されている。その機能回路には、薄膜状のキャパシタ８ａ、薄膜状のレジスタ８ｂ、薄膜状のインダクタ８ｃが含まれる。この薄膜状の機能回路８は、有機フィルム２上に直接スパッタリング等の薄膜プロセス工程で形成できる。または、別の有機フィルム上に薄膜形成したものを切断した薄型の機能部品を配置してもよい。
【００２１】
これら薄膜状の機能回路は、膜厚が１０μｍ以下の薄膜プロセスを用いて成膜し、パターンニングして形成している。成膜時に高温のプロセスが必要な場合は、有機フィルム２の材料を耐熱性のあるポリイミド等を使用してもよい。
【００２２】
機能デバイス９は、Ｓｉや化合物半導体のベアチップである。例えば、電気的な演算処理をするＩＣやＬＳＩもしくは、光回路として機能するＧａＡｓ等の化合物半導体デバイス等が含まれる。このベアチップ状機能デバイス９は、有機フィルム２の表面に形成された配線端子上に、金属接合であるバンプ等を用いて実装されている。これらのベアチップ状機能デバイスも必要に応じて、チップの厚みを１００μｍ以下に加工したものを実装しても良い。
【００２３】
以上のような構成を用い、図２に示すような、薄型のモバイル用端末機器としての回路構造体を構成しており、従来に比べて、構造体全体の厚みが薄い、７ｍｍ以下の薄型構造を実現し、更にフィルムベースであるため更なる軽量化を実現している。
【００２４】
なお、本実施形態ではフィルム状デバイスの集積回路の構造体としてモバイル端末を例に示したが、構造体として７ｍｍ以下の厚みが可能であるので、たとえばシート状の携帯電話の他、図３（ａ）〜（ｆ）に示すように、シート状のコンピュータ４１、識別カード４２等のＩＤ、電子ウォレット４３、携帯型情報通信機器（ＰＤＡ）４４、遠隔操作装置（リモートコントローラ）４５、洗濯機４７・テレビ４８・電子レンジ４９などの電気機器に用いられるメモリカード４６のの商品機能を有する回路を構成できる。また、構造体としての機能はモバイル用端末に限定されることはなく、たとえば、パーソナルコンピュータ機能を有するシートＰＣや、パスポートやライセンス、ネームカードとしての機能を有するシートＩＤ、オーディオやビジュアル等のデータを記録保持できるシートメモリー、クレジットカードやパスタイプチケット機能を有するシートウォレット、更にシート状のリモコン等幅広い機能を有する構造体としての展開も可能である。
【００２５】
以上のように、本実施形態によれば、１００μｍ以下の厚みである有機フィルムをベースとして、各種の信号を変換する機能モジュールを配置した回路を有する有機フィルムと、１０μｍ以下の膜厚で形成された薄膜状機能回路を有する有機フィルムと、ベアチップ状の機能デバイスを配置した回路を有する有機フィルムを３次元的に積層し、そのフィルム上の回路の層間を金属接続または光学的に接続した構造を備えたことを特徴とするフィルム状デバイスの集積回路構造体を構成することにより、各機能部品やモジュール間の配線長さが、１００μｍ厚の薄いフィルムの層間配線とフィルム上の配線のみの立体的な配線によって最短化が可能となる。また、従来必要であった各多層回路基板間を繋ぐフレキシブル基板もなくすことができるとともに、従来のガラスエポキシ等の多層回路基板に比べ、フィルムベースであるため、軽量化も可能となる。また、層間の接続やベアチップ状デバイス等の回路への接続材料が、バンプ等の金属接合を用いることができるので、従来の導電ペーストに比べ、高周波信号の信号劣化を低減することができ、信号伝送時のロスをなくすことできる。更に、光学的な層間接続にも対応できるので、光デバイス等の光信号を情報データとすることで、ノイズの影響を低減するとともに高速大容量の信号処理も可能となる。さらに、チップ状機能部品やパッケージ機能デバイスを使用することなく、１０μｍ以下の薄膜で高精度に形成された機能回路やベアチップ状の機能デバイスを構造体の層間に内蔵することが可能となり、チップ状の機能精度や実装による精度の劣化を回避し、回路全体の精度向上が実現できる。
【００２６】
したがって、動作周波数の更なる高周波化や高速化、デジタル化に対応することが可能となり、電気・光機器としての高機能化や小型軽量化を実現することが可能となる。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、各機能モジュール間を伝送ロスのない最短配線で接続でき、高精度な機能部品を３次元的に集積することが可能となる。その結果、高周波化や高速化、デジタル化や高機能、小型軽量化に対応することができる、各種の優れた電気・光機器を実現できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るフィルム状デバイスの集積回路構造体の斜視概念図。
【図２】本発明の実施形態に係るフィルム状デバイスの集積回路構造体の断面図。
【図３】本発明に係るフィルム状デバイスの利用形態を示す図。
【図４】従来の多層回路基板と機能モジュールを備えた電気・光機器の構成例の断面図。
【符号の説明】
１，２，３：有機フィルム
５：接着フィルム
７：機能モジュール
８：機能回路
９：ベアチップ状機能デバイス
１０：金属接合

Claims

ベアチップ状の機能デバイスを配置した回路を有する有機フィルムと、少なくとも一つの機能モジュールを配置した回路を有する有機フィルムと、有機フィルム上に薄膜形成したものを切断した薄型の機能部品を配置した機能回路を有する有機フィルムと、隣接する有機フィルム間に配置され、隣接する有機フィルム間を絶縁し接合する接着フィルムとを積層し、隣接する有機フィルムに配置された回路を上記隣接する有機フィルムの層間で電気的又は光学的に接続したことを特徴とするフィルム状デバイスの集積回路構造体。
薄膜形成された機能回路の膜厚が１０μｍ以下であり、有機フィルムの厚みが１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のフィルム状デバイスの集積回路構造体。
積層された複数の有機フィルムに配置された回路を上記隣接する有機フィルムの層間で電気的に接続する手段がバンプであることを特徴とする請求項１又は２のいずれか一に記載のフィルム状デバイスの集積回路構造体。
薄膜形成された機能回路を有する有機フィルムの上の配線端子に、ベアチップ状の機能デバイスがバンプを用いて実装されていることを特徴とする請求項１に記載のフィルム状デバイスの集積回路構造体。
機能モジュールが、電気又は光若しくは音声の形態の信号を電気・光・音声のうちの他の形態の信号に変換する機能を有するモジュールであることを特徴とする請求項１に記載のフィルム状デバイスの集積回路構造体。
薄膜形成された機能回路が、キャパシタ・インダクタ・レジスタの少なくともいずれか一つの機能回路であることを特徴とする請求項１又は２のいずれか一に記載のフィルム状デバイスの集積回路構造体。
請求項１又は２に記載のフィルム状デバイスを用いたことを特徴とする携帯電話、携帯型情報通信機器、コンピュータ、識別カード、電子ウォレット、遠隔操作装置又はメモリカードの商品機能を有する集積回路構造体。