JP4514530B2 - 精密機器に内蔵される回路モジュールおよび精密機器 - Google Patents

Description

本発明は回路モジュールに関し、特に、ビス等の固定手段を用いて固定を行う回路モジュールに関する。

電子機器の小型化および高機能化に伴い、その内部に収納される実装基板においては、多層配線構造が主流になっている。図３を参照して、多層配線基板の製造方法の一例を説明する（下記特許文献１を参照）。

先ず、図３（Ａ）を参照して、樹脂等の絶縁性の材料から成る基材１００の表面および裏面に第1の導電箔１０１Ａおよび第２の導電箔１０１Ｂを密着させる。

次に、図３（Ｂ）を参照して、第1の導電箔１０１Ａおよび第２の導電箔１０１Ｂの選択的なエッチングを行うことにより、第1の配線層１０２Ａおよび第２の配線層１０２Ｂを形成する。更に、絶縁層１０３Ａを介して配線層を積層させ、図３（Ｃ）に示すような、多層の配線構造を実現する。ここで、接続部１０４は、各配線層同士を電気的に接続するための部位である。

図３（Ｄ）を参照して、実装基板１０５の接続構造について説明する。実装基板１０５には、段差が設けられた貫通孔１０６が形成されている。そして、ビス１０７の押圧力により、実装基板１０５は固定される。貫通孔１０６には段差が設けられ、貫通というよりも円柱状の溝として設けられているので、ビス１０７のヘッドは、貫通孔１０６に収納させる。
特開２００３−３２４２６３号公報

しかしながら、電子機器の薄型化のために実装基板自体も薄型化が行われており、その薄さは、０．５ｍｍ程度に成る場合がある。このような場合に於いては、実装基板１０５が薄いために、従来例のような段差を有する貫通孔１０６を形成することが困難である問題があった。従って、ビスのヘッドが厚み方向に突出してしまう問題等が発生していた。更に、薄型の実装基板の剛性が弱いために、ビスにて固定した場合、実装基板がビスの押圧力により損傷してしまう問題があった。

本発明は上述した問題点を鑑みて成されたものであり、本発明の目的は、ビス等の固定手段にて固定を行うための好適な回路モジュールを提供することにある。

本発明の回路モジュールは、一主面に配線層が露出する実装基板と、前記配線層に電気的に接続された回路素子と、前記実装基板を厚み方向に貫通して設けられた固定孔と、前記固定孔よりも小さいビス孔が設けられ、前記ビス孔と前記固定孔とが重畳するように前記実装基板の一主面に固着された固定板とを具備することを特徴とする。

本発明の回路モジュールに依れば、基板の一主面に固着された固定板を介して、ビスを用いた基板の固定を行うことができる。本発明の固定板は、薄い金属から成るので、ビスの押圧力による損傷は無い。従って、剛性の弱い薄型の実装基板であっても、ビスを用いた固定を行うことが可能になる。また、実装基板の厚み部分にビスのヘッドを収納するので、ビスのヘッドが実装基板から突出しない構成を得ることができる。

更に、この固定板の材料としては、ニッケルを外殻に有する金属が好適である。これは、ニッケルが防錆性、コスト性、半田の濡れ性等に優れた材料であるからである。ニッケルから成る固定板を採用することで、固定板が錆びることによる導電性の粉塵の発生を防止することが可能となる。従って、本願の回路モジュールを、精密機に内蔵させることが可能となる。更にまた、金属から成る固定板を介して、基板に内蔵された配線層と外部との電気的接続を行うことができる。

図１を参照して、回路モジュール１の構成を説明する。図１（Ａ）は回路モジュール１の平面図であり、図１（Ｂ）は固定板４が固着される箇所の実装基板２の断面図であり、図１（Ｃ）は固定板４が固着される箇所の実装基板２の拡大平面図である。

実装基板２は平面的に矩形の形状だか、本回路モジュールが内蔵される精密機器により、矩形以外の複雑な形状でも良い。その表面には半導体素子３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｅ等の回路素子が固着されている。実装基板２は、多層の配線構造がその内部に構成され、ここでは一例として４層の配線層から成る多層配線構造が形成されている。具体的には、下層から、第１の配線層１８Ａ、第２の配線層１８Ｂ、第３の配線層１８Ｃ、第４の配線層１８Ｄから成る４層の配線層が構成されている。そしてこれらの配線層１８は、第１の絶縁膜１２Ａ、第２の絶縁膜１２Ｂ、第３の絶縁膜１２Ｃを介して積層されている。更に、各配線層１８は、所望の箇所にて絶縁膜１２を貫通して電気的に接続されている。ここで、実装基板２に形成される配線層の数は、４層以外でも良く、例えば１層や２層等でも良い。更に、５層以上の多層配線でも良い。ここで、実装基板２の厚みは、例えば５００μｍ程度である。

実装基板２の表面には、複数個の回路素子が実装されている。ここでは、回路素子として半導体素子３Ａ、３Ｅ、チップ素子３Ｂ、３Ｃが、実装基板２の表面に電気的に接続されて固着されている。これらの回路素子は、実装基板２の表面から露出する配線層に電気的に固着されている。また、これらの回路素子を、実装基板２の裏面に固着しても良い。

半導体素子３Ａは例えば、トランジスタ、ダイオード、ＩＣチップ等であり、ここではＩＣチップが、フェイスダウンの状態で実装基板２の表面に配置されている。フェイスダウンで実装される半導体素子３Ａには、アンダーフィルが適用される。

チップ素子３Ｂは、例えば、チップコンデンサ、チップ抵抗、インダクタまたはセンサ等であり、半田等のロウ材を介して、実装基板２から露出する配線層に電気的に接続されている。また、比較的小型のチップ素子３Ｃは、複数個が密集されて実装基板２上に固着されている。

外部端子５は、部分的に露出する配線層１８から成り、電気信号の入出力を行う部位である。具体的には、被覆樹脂７から露出する第１の配線層１８Ｄまたは１８Ａにより、外部端子５が形成されている。また、実装基板２の表面および裏面の両面に、外部端子５を形成することも可能である。

固定板４は、中央部に円形のビス孔が設けられた円盤状の金属板であり、実装基板２に穿設された固定孔９を被覆するように、実装基板２に固着されている。ここでは、２つの固定板４が、対向した角部付近の実装基板２に設けられている。ここで、固定板４を、実装基板２の各角部付近に４つ配置しても良い。このことにより、回路モジュール１の実装をより安定して行うことができる。また固定板４の形状は、矩形等の円形以外の形状でも良い。

図１（Ｂ）の断面図を参照して、固定板４に関して説明する。固定板４は、固定孔９を覆うように実装基板２に固着されている。そして、ビス孔４Ｃを貫通するビス８Ａが、固定板９を押圧ねじ止めすることにより、実装基板２が固定されている。

固定板４は、円盤状の金属から成り、ビス孔４Ｃと固定孔９とが重畳するように、半田６を介して実装基板２に固着されている。固定板４と実装基板２との固着は導電性の接着剤を介して行われる。ここで、導電性の接着剤としては、半田等のロウ材を採用することができる。具体的には、最下層の配線層である第１の配線層１８Ａが、固定孔９を囲むように、実装基板２の下面に露出している。そして、露出する部分の第１の配線層１８Ａに、固定板４が接着されることで、固定板４が実装基板２に固着される。導電性の接着剤を介して固定板４が実装基板２に固着されることから、固定板４は、電気的にも実装記板２に接続される。また、固定板４は、半導体素子３Ａ等の他の回路素子と共に、実装基板２の表面に固着されている。従って、固定板４を含む全ての部品をリフロー工程にて、一括して実装基板2の表面に固着することが可能となる。

固定板４の材料としては薄い金属が好ましい。具体的には、固定板４の厚みは１００μｍから１５０μｍ程度とすることができる。このように、薄い金属から固定板４を形成することにより、ビス８Ａの押圧力が固定板４に作用した場合でも、固定板４自体が変形することで応力を吸収することができる。従って、ビス８Ａの押圧力による実装基板２の損傷を防止することができる。

更に、固定板４の材料としては、ニッケルを表面に有する金属が好適である。その理由は、ニッケルは錆びにくく、ろう材に対して濡れ性があるからである。具体的には、固定板４としては、Ｃｕや鉄等の板の表面にニッケルのメッキ膜が形成された金属板、ニッケルから成る金属板が採用される。ここで、メッキ膜を形成するコストを考慮すると、固定板４としてはニッケルから成る金属板を採用することが好ましい。尚、ニッケルを固定板４の材料として採用する場合は、還元処理されたニッケルを使用することが好ましい。還元処理とは、ニッケルの表面に水素ガス等を吹き付けながら加熱する処理である。この処理を行うことにより、ニッケルの表面が錆びるのを防止することが可能となる。また、固定板４の材料として、アルミニウムを採用することも可能である。

例えば、ハードディスク等の精密機器では、酸化物等のパーティクル等がその内部で発生した場合、不具合が起きる。一方、本形態の固定板４は、防錆性に優れた材料であることから、上記した精密機器の筐体内部への適用が可能である。

ビス８Ａは、ヘッド８Ｂの下部が固定板４を押圧することで、回路モジュール１を固定する機能を有する。また、ビスのヘッド８Ｂは、固定孔９の内部から固定板４に直に当接している。従って、固定板４を介して、ビス８Ａと第１の配線層１８Ａとは電気的に接続されている。即ち、本形態の回路モジュール１では、固定板４を外部端子の一つとして用いることができる。一例として、固定板４およびビス８Ａを介して、第１の配線層１８Ａを接地電位に接続することもできる。更に、ヘッド８Ｂは、実装基板２に設けた固定孔９に収納されている。従って、ヘッド８Ｂは、実装基板２の厚み部分に収納される。

図１（Ｃ）は、固定孔９が形成される箇所の平面拡大図である。この図を参照して、固定孔９、ビスのヘッド８Ｂおよびビス孔４Ｃは円形の平面的形状となっている。そして、これら３つの構成要素は、同心円の如き関連構成となっている。これらの大小関係は、固定孔９＞ヘッド８Ｂ＞ビス孔４Ｃの順番で大きく形成される。固定孔９がビスのヘッド８Ｂよりも大きく形成されることにより、ヘッド８Ｂを固定孔に収納させることができる。更に、ビスのヘッド８Ｂがビス孔４Ｃよりも大きく形成されることにより、ヘッド８Ｂにて、固定板４を押圧することができる。また、ビスのヘッド８Ｂには、ドライバーの先端部が嵌合するための凹部が形成されており、この凹部を介してビスを回転させることで、実装基板２の固定が行われる。

また図面では示していないが、本願の実装基板は放熱手段として有効である。例えば半導体チップの実装面として第４の配線層１８Ｄを形成し、これが第３、第２および第１の配線層と電気的に接続されていれば、半導体チップで発生した熱が固定板４に伝わり、この固定板４が精密機器の金属部分、例えばシャーシーの内側に接続されれば、そのまま放熱させることができる。近年、小型で高密度の精密機器があるが、このように固定板４を介せば、放熱でき、その分駆動能力を向上させることができる。

次に図２の断面図を参照して、回路モジュール１の実装構成を説明する。

ここでは、回路モジュール１が基板２０に固定されている。具体的には、基板２０の凸部２１に埋め込まれるビス８Ａのねじ作用により、回路モジュール１が基板２０に固定されている。

実装基板２は、ここでは、第１の配線層１８Ａおよび第２の配線層１８Ｂから成る２層の配線層が形成されている。更に、実装基板２の表面および裏面の両面に、半導体素子３Ａ等の回路素子が固着されている。このように、実装基板２の両面に回路素子を固着することにより、回路モジュール１の実装密度を向上させることができる。

回路装置１０は、複数の素子が樹脂封止されたパッケージである。具体的には、半導体素子１１および受動素子１４が回路装置１０に内蔵されている。また、複数の素子により１つのシステムが内部に構築されたＳＩＰ（System In Package）を回路装置１０として採用することができる。このように、複数の素子がパッケージ化された回路装置１０を実装させることにより、実装基板２への回路素子の実装を簡略化することができる。更に、全ての回路素子を、リフロー工程にて面実装を行うことができる。

上記した回路モジュール１の実装構造により、半導体素子３Ａ等の回路素子の接続信頼性を向上させることが可能となる。具体的には、回路モジュール１が実装される基板２０と、半導体素子３Ａ等の回路素子とは熱膨張係数が大きく異なる。例えば、基板２０としてアルミニウムを採用した場合は、その熱膨張係数は２３×１０^−６／℃である。それに対して、半導体素子３Ａの熱膨張係数は、２．６×１０^−６／℃である。従って、基板２０に直に半導体素子３Ａを固着した場合は、大きな熱応力が発生することから、半導体素子３Ａの接続信頼性は確保できない。そこで、本形態では、柔軟性を有する実装基板２に半導体素子３Ａ等の回路素子を固着して、この実装基板２を基板２０に固定している。このことにより、実装基板２により熱応力が緩衝されるので、半導体素子３Ａ等の回路素子の接続信頼性を確保することができる。

本発明の回路モジュールを説明する平面図（Ａ）、断面図（Ｂ）、平面図（Ｃ）である。 本発明の回路モジュールの実装構造を説明する断面図である。 従来の実装基板の製造方法を示す断面図（Ａ）−（Ｄ）である。

符号の説明

１ 回路モジュール
２ 実装基板
３Ａ 半導体素子
３Ｂ チップ素子
３Ｃ チップ素子
４ 固定板
４Ｃ ビス孔
５ 外部端子
６ 半田
７ 被覆樹脂
８Ａ ビス
８Ｂ ヘッド
９ 固定孔
１２Ａ 第1の絶縁膜
１２Ｂ 第２の絶縁膜
１２Ｃ 第３の絶縁膜
１８Ａ 第1の配線層
１８Ｂ 第２の配線層
１８Ｃ 第３の配線層
１８Ｄ 第４の配線層

Claims (3)

1. 表面に設けられた配線層と、下面に設けられた配線層を少なくとも有する多層配線構造の実装基板と、
   前記表面に設けられた配線層に電気的に接続された半導体素子と、
   前記実装基板を厚み方向に貫通して設けられた固定孔と、
   前記下面に設けられた配線層で、前記下面から露出し、前記固定孔を囲んで設けられた固定用の配線層と、
   前記固定孔よりも小さく且つ重畳する位置のビス孔が設けられ、前記固定用の配線層と半田を介して接着される押圧固定用のビスの固定板とを具備し、
   前記固定板は、銅の表面にニッケル膜が形成されたもの、鉄の表面にニッケル膜が形成されたもの、またはニッケルからなるもので、前記ニッケル膜または前記ニッケルは、還元処理され、その厚みは、ビス止めの押圧力により変形する厚みであることを特徴とする精密機器に内蔵される回路モジュール。
2. 前記固定板の厚みは、１００μｍから１５０μｍである請求項１に記載の精密機器に内蔵される回路モジュール。
3. 請求項１または請求項２に記載の精密機器に内蔵される回路モジュールが内蔵された精密機器。

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