JP4954781B2 - 三次元電子回路装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子部品が実装された回路基板を立体的に積み重ねて構成した三次元電子回路装置に関する。

近年、携帯電話装置に代表されるモバイル製品に対して、カメラ付きやＴＶ内蔵という高機能や軽薄短小等の高付加価値化が強く要求されている。このような要求を満たすためには、構成部品の小型化、実装の高密度化、および回路基板の高機能化が不可欠である。高密度実装を実現するために、その部品実装面上に部品が配置されている回路基板を立体的に積み重ね（多段化実装し）て三次元電子回路装置を構成する三次元実装技術が注目されている。

三次元実装技術の適用例としては、ベアチップを積層した三次元パッケージ（例えば、スタック型ＣＳＰ）を用いたものや、半導体チップから成る独立単体の仮パッケージを複数重ね合わせて三次元化を図ったパッケージ積層三次元装置を用いたもの等が挙げられる。さらには、電子部品（半導体チップ、受動部品など）が実装された回路基板を多段化接続することにより、電子部品の高密度実装を実現する技術もある。

特許文献１に、多段化実装の一例として、複数枚の重ね合わされた回路基板間をビアホールを介して導電性材料で機械的に接続する技術が提案されている。同技術は、回路基板間の電気的配線長を最短にできるため、高い高周波特性が求められる用途の三次元電子回路装置に有用である。

特許文献２に、多段化実装のさらなる例として、複数枚の重ね合わされた回路基板を伝導性スペーサを介して機械的に接続する技術が提案されている。具体的には、回路基板の外端部近傍の部品実装面上に電極を設け、相対する回路基板の電極にスペーサを半田付けして接続される。同技術においては、複数の回路基板とスペーサの位置決めが容易であるという利点を有している。

特許文献３に、メイン回路基板とサブ回路基板をピン状の接続電極で機械的に接続する技術が提案されている。具体的には、メイン回路基板は、電子部品を搭載すると共に、その部品実装面におおむね垂直な方向に延在する外部接続用のスルーホールが複数個有している。サブ回路基板にはメイン回路基板のスルーホールに嵌合する複数個のピン状の電極と端面電極を有している。ピン状接続とスルーホールとが互いに嵌合した状態で半田付けされることによって、メイン回路基板とサブ回路基板が接続される。

特許文献４に、複数の回路基板の表面または内層で配線接続されている複数の電極をそれぞれの基板の外周部に配置し、これら外周部に配置された電極（以降、端面電極という）にリードフレームを導電性材料で機械的に接続する技術が提案されている。なお、リードフレームはそれぞれが１つの電極に対応する複数のリードが設けられている。各端面電極は対応するリードを収納できるように回路基板の端部に凹状に形成されている。つまり、リードが対応する凹状の端面電極に収容された状態で、半田付けされて複数の回路基板が接続される。
特開平１１−２２０２６２号公報 特開２００５−２１７３４８号公報 特開平４−２６２３７６号公報 特開平１−２２６１９２号公報

しかし、上述の技術においてはそれぞれ以下に述べるような問題がある。まず、特許文献１の技術に関しては、完成後の三次元回路装置に不具合があることが判明しても、不具合原因の解析（不具合原因の電子部品の特定）や不具合原因の電子部品の交換などの修理作業ができない。つまり、完成後の三次元回路装置においては、各回路基板が互いにビアホールを介して導電材料で機械的に接続されており、電子部品や配線が回路基板（三次元電子回路装置）内に閉じこめられている。

そのために、不具合原因の改正や修理のために各回路基板を三次元電子回路装置からとり外すことが非常に困難であり、取り外す際に自他の回路基板が容易に破壊されてしまう。さらに、回路基板の実装面上の数カ所に配置される複数のビアホールを介して、複数の回路基板を接続するので、複数の回路基板と複数のビアホールとの位置決めという困難な作業が必要とされる。また、ビアホールによって回路基板の実装面積が損なわれる。

特許文献２の技術に関しては、複数の回路基板の実装面の特定の領域に設けた電極とスペーサが半田付けされるので、回路基板とスペーサの位置決めの困難さは緩和される。しかしながら、完成後の三次元電子回路装置に不具合があることが判明した時の問題およびスペーサによって回路基板の実装面積が損なわれることは、特許文献１の技術におけるのと同様である。

特許文献３の技術に関しては、複数のピン状の電極を、当該電極にそれぞれに対応するする複数のスルーホールに嵌合させて半田付けするために、メイン回路基板（スルーホール）およびサブ回路基板（ピン状電極）の位置決めに精度が要求される。さらに、スルーホールおよびピン状電極はそれぞれ所定の間隔を必要とするために、メイン回路基板およびサブ回路基板の実装面積が損なわれる。なお、ピン状電極とスルーホールが半田付けされるために、完成後の三次元電子回路装置に不具合があることが判明した時の問題は、特許文献１の技術におけるのと同様である。

特許文献４の技術に関しては、リードフレームは導電性材料で端面電極に機械的に接続されるので、回路基板の実装面積が損なわれることは防止される。しかしながら、回路基板の単位面積当たりの実装密度が大きくなると、不都合が生じる。つまり、回路基板の実装面上の実装密度が高まると、単位面積当たりの端面電極数も増大する。

単位面積あたりの端面電極数の増加を吸収するためには、端面電極のピッチおよびリードのピッチを狭くすると共に、端面電極およびリード自身も狭隘にしなくてはならない。端面電極とリードは、上述の特許文献３におけるスルーホールとピン状電極の関係と同様に、それぞれ所定の間隔を必要とする。そのために、個々の端面電極およびリードの狭隘化および狭ピッチ化は非常に困難である。

また、実装密度の増大に応じた端面電極とリードの狭隘化および狭ピッチ化はまずリードの強度低下を招く。そして、リードによって接続される三次元電子回路装置の強度低下を招くと共に、リードによる回路基板間の電気的接続不良をも招く。なお、この実装密度の増大に起因する問題は、上述の特許文献１、特許文献２、および特許文献３の技術においても共通している。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、電極の狭ピッチ化に容易に対応でき、しかも電極間の良好な電気的接続を実現できる三次元電子回路装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る三次元電子回路装置は、
主面が重なるように多層に配置された、電子部品が実装された複数の回路基板同士をそれらの端面で互いに電気的に接続した三次元回路装置であって、
前記各回路基板の端面は、第一のピッチ間隔で配設された複数の端面電極を有し、
前記各回路基板の前記端面電極は、前記多層方向において、連結部材を介して電気的に接続されており、
前記連結部材は、前記端面電極の表面同士を接続する異方性導電部材と、前記異方性導電部材に接しているシート状部材とを含み、
前記シート状部材の表面に前記第一のピッチ間隔よりも狭い第二のピッチ間隔で断続的に配列された、前記多層方向に延在する複数の導線を有し、
前記異方性導電部材と少なくとも一本の前記導線とが接しており、
前記シート状部材のうち前記端面電極と対向する箇所を除く部分または前記回路基板の前記シート状部材と対向する面における前記端面電極が配された箇所を除く部分に、前記異方性導電部材の一部を収容する収容部が設けられている。

ここで、前記収容部は、前記シート状部材の前記回路基板の主面と直交する方向に位置する外周部を切り欠いて形成されていることが好ましい。

前記端面電極および前記収容部は、前記回路基板の主面と平行に所定のピッチ間隔で複数個設けられ、かつ前記収容部の繰り返しのピッチ間隔は前記第一のピッチ間隔と略等しいことが好ましい。

また前記収容部の寸法のうち前記回路基板の主面と平行な方向の長さは、隣接する前記端面電極間の距離よりも短いことが好ましい。前記収容部の前記回路基板の主面と直交する方向の長さは、前記回路基板の厚さよりも短いことが好ましい。

前記収容部は、前記シート状部材の２つの面と略直交する方向に形成された貫通孔であってもよい。また前記収容部は、前記シート状部材のうち前記導線が配された面に形成された凹部であってもよい。

ここで、前記収容部は、前記回路基板の前記シート状部材と対向する面に形成された、前記主面と略直交する少なくとも１本の溝であってもよい。前記溝は断面形状が直方体もしくは円弧のいずれかであることが好ましい。

また前記収容部は、前記回路基板の前記シート状部材と対向する面に形成された少なくとも１個の凹部であってもよく、前記凹部の形状は立方体および円筒のいずれかであることが好ましい。

また前記シート状部材は、２つの面のうちの少なくもいずれかに前記導線と平行な複数の溝が形成されていてもよい。前記溝は、前記導線の延在する方向と平行に形成されていることが好ましく、また前記導線の延在する方向と直交する方向に所定のピッチで形成されていることが好ましい。

本発明の連結部材を用いれば、端面電極の狭ピッチ化に容易に対応でき、実装面積を増加させることもない。また、基板に変形や反りが発生した場合でも、複数本の導線のいずれかが端面電極と電気的に接続されることで、第１および第２の回路基板の端面電極間の電気的な接続を確保できる。

これら技術を用いれば、接続する前の個別検査により良品保証された回路基板の外周部に延在された電極を接続して三次元電子回路装置を構成できる。また不具合が発生した場合でも、電極に接触している連結部材を回路基板から取り外すことによって、不具合原因の解析（不具合原因の電子部品の特定）や不具合原因の電子部品の交換などの修理作業が可能である。更に、修理不能のために回路基板が廃品になる場合でも、当該回路基板のみを交換すればよく、開発効率においてもメリットが大きい。

また、回路基板の端面電極数や寸法が異なる場合にも、シート状部材として、端面電極のピッチより微細なピッチの導線を配した部材を標準化しておけば、端面電極の数や寸法に応じてシート状部材を切り出すことで柔軟に対応できる。

また、連結部材のうち端面電極と対向する位置にあるシート状部材は、端面電極の形状に対応して湾曲しているため、異方性導電部材を介して端面電極と導線の間の良好な導通状態を確保でき、基板間の電気的接続の信頼性が向上する。更に、シート状部材が湾曲することによって機械的な強度が増し、外部からの力に対して変形しにくくなる利点も有する。

（実施の形態１）
図１〜図４を参照して本発明の実施の形態１に係る三次元電子回路装置の構成について説明する。図１（ａ）に本実施の形態に係る三次元電子回路装置を示し、図１（ｂ）に図１（ａ）をIｂ−Iｂ線で切断した断面を示す。また図２（ａ）に図１（ａ）のＡａ部を拡大した図を示し、図２（ｂ）に図２（ａ）をIIｂ−IIｂ線で切断した断面を示す。

図１に示すように、三次元電子回路装置１００は、上側に配された第１回路基板１１１、下側に配された第２回路基板１１２および連結部材１２０ａで構成されている。図１（ｂ）に示すように、第１回路基板１１１は、電子部品が実装される第１の面ＭＳと、この第１の面ＭＳに対向する第２の面ＢＳと、これら第１の面ＭＳおよび第２の面ＢＳのそれぞれと所定角度αおよびβを成して接続する第３の面ＰＳで規定される。第１の面ＭＳ及び第２の面ＢＳを主面とも呼ぶ。本実施の形態では、角度αおよび角度βは９０度に設定されている。第２回路基板１１２も第１回路基板１１１と同様の構成である。

また第１回路基板１１１および第２回路基板１１２は、それぞれの実装面（ＭＳ、ＢＳ）が対向する状態で、外周の端面（ＰＳ）に接続された板状の４枚の連結部材１２０ａによって、間隔Ｓを隔てて保持されている。

第１回路基板１１１および第２回路基板１１２として、両面配線基板または多層配線基板が用いられる。第１回路基板１１１には半導体チップ１１３および電子部品１１４が実装されており、第２回路基板１１２にはベアチップ１１６および電子部品１１４が実装されている。半導体チップ１１３、電子部品１１４およびベアチップ１１５の電極は、半田または導電性接着剤等により、第１回路基板１１１および第２回路基板１１２に設けられた、それぞれの電極に対応する配線パターンと電気的に接続されている。

ここで、半導体チップ１１３は、ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体素子である。また電子部品１１４は、抵抗器、コンデンサ、インダクタ、バリスタ、ダイオード等の一般の受動部品である。なお、ベアチップ１１５は、フリップチップ実装またはワイヤボンディング接続での実装も可能である。

第１回路基板１１１および第２回路基板１１２には一般の樹脂基板や無機基板を用いることができる。特に、ガラスエポキシ基板やアラミド基材を用いた基板、ビルドアップ基板、ガラスセラミック基板もしくはアルミナ基板が好ましい。

図２（ａ）、（ｂ）に示すように、第１回路基板１１１および第２回路基板１１２の外周部の端面には、断面が略円弧状で回路基板１１１、１１２の配列方向、すなわち図中の矢印Ｚ方向に延在する複数の端面電極１１５が設けられている。この端面電極１１５は、配線基板１１１の表面に形成された、電源用や電気信号用の配線パターン１１７に接続されている。

ここで端面電極１１５の形成方法について説明する。まず第１回路基板１１１と第２回路基板１１２の周縁部に、無電解メッキにより銅などの金属層によってスルーホールを形成する。もしくは無電解メッキや導電性物質の充填などによりビアホールを形成する。続いて、形成されたスルーホールやビアホールの一部を基板端面ごと、機械的切断手段で切断する。このようにして略円弧状の端面電極１１５が形成される。なお、端面電極１１５の形成方法として、上記方法以外に、無電解メッキや導電性物質の印刷、エッチングなどにより端面電極１１５を直接基板端部に形成する方法もある。

連結部材１２０ａは、図２に示すように、片面に複数の金属細線１２２が配されたシート状部材１２１ａと異方性導電フィルム１２３が積層されて構成されている。シート状部材１２１ａはポリエステル、ポリイミド、アラミドなどの可撓性の樹脂フィルムである。連結部材１２０ａの強度は、主としてシート状部材１２１ａの機械的強度に依存している。シート状部材１２１ａは、連結部材１２０ａで回路基板１１１と１１２を連結した時に基板間の間隔Ｓを保持し、また連結部材１２０ａに水平方向の外力が加わった時に、回路基板１１２に対し回路基板１１１が左右に変位しない程度の強度を持つ必要がある。

このシート状部材１２１ａの一方の面に、第１回路基板１１１および第２回路基板１１２の配列方向（矢印Ｚ方向）に延在する複数の金属細線１２２が形成されている。また複数の金属細線１２２は、図中の矢印Ｘ方向に沿って所定のピッチで形成されている。なおシート状部材１２１ａ上に所定ピッチの金属細線１２２を形成する方法は、フレキシブルプリント基板に配線パターンを形成する方法と同様であるため、ここでは説明を省略する。また金属細線１２２は、導電性を備えたものであれば、必ずしも金属製の導線に限定されず、無機や有機の導体膜をエッチング等により加工したものでもよい。

上述したように端面電極１１５を略円弧状に形成することで、直線状の端面電極に比べて異方性導電フィルム１２３を介した金属細線１２２との接触面積が大きくなり、良好な導通状態が実現できる。更に、シート状部材１２１ａが湾曲して端面電極１１５の半円状の隙間に入り込むことによって端面電極１１５から外れにくくなると共に、外力に対して変形しにくくなり、機械的強度も増す。このように、シート状部材１２１ａと端面電極１１５との間での接触面積や機械的強度を増大させることが出来るような、端面電極１１５の断面形状は好ましくは円弧状であるが、任意の曲線や直線の組み合わせで規定することもできる。

図３（ａ）、（ｂ）にシート状部材１２１ａの一部を四角形状に切り出したものの平面および断面を示す。図３（ａ）は金属細線１２２が設けられていない面の平面図である。シート状部材１２１ａの金属細線１２２が形成された面とは反対側の面には、断面が三角形状の溝１２４ａが所定のピッチで形成されている。溝１２４ａによってシート状部材１２１ａが湾曲しやすくなるため、連結部材１２０ａを端面電極１１５に接続する際に、シート状部材１２１ａが端面電極１１５の半円状の隙間に入り易くなる。またシート状部材１２１ａが端面電極１１５の略円弧状の形状に沿った形で湾曲し、異方性導電フィルム１２３を介しての端面電極１１５と金属細線１２２との間の電気的な接続が確実に行われる。シート状部材１２１ａを端面電極１１５の半円状の隙間に挿入する方法については、後に詳述する。

異方性導電フィルム１２３は、熱硬化性の絶縁樹脂、具体的にはフィルム状のエポキシ樹脂中に導電性粒子を分散したものである。異方性導電フィルム１２３は、外部からの圧力によって導電性粒子間の間隔が狭くなり、導電性粒子同士が接触することで導通状態が得られる。従って、圧力が加わらない方向では絶縁状態が保たれる。

次に、図２および図４を参照して、連結部材１２０ａを介して、第１回路基板１1１と第２回路基板１１２を所定の間隔Ｓを隔てて連結する工程について説明する。図４（ａ）および（ｂ）は、図２（ａ）の平面図および図２（ｂ）の断面図に対応しており、連結部材１２０ａを構成するシート状部材１２１ａと異方性導電フィルム１２３が端面電極１１５に接続される前の状態を示している。

連結部材１２０ａを端面電極１１５に接続する際には、最初に、図示しない治具を用い、第１回路基板１１１および第２回路基板１１２のそれぞれの実装面を上にして上下に並べ、かつ所定の間隔Ｓを隔てて保持する。

次に、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、第１回路基板１１１および第２回路基板１１２の端面に対して平行になるように、異方性導電フィルム１２３と金属細線１２２が配されたシート状部材１２１ａとを並べて配置する。

次に、図示しない圧着ツールを用いて回路基板１１１の端面に対し、異方性導電フィルム１２３を介してシート状部材１２１ａを圧着する。圧着ツールは、シート状部材１２１が端子電極１１５の半円状の隙間に確実に入るように、端面電極１１５に対向する位置に断面が半円状の凸条もしくは突起が設けられている。

この状態で図示しない加熱ツールにより異方性導電フィルム１２３を加熱すると、熱硬化性樹脂を基材とする異方性導電フィルム１２３が硬化する。異方性導電フィルム１２３の硬化により、端面電極１１５を含む回路基板１１１の端面と金属細線１２２の間、更にシート状部材１２１との間が接着される。結果、図２（ａ）、（ｂ）に示した状態で、連結部材１２０ａが第１回路基板１１１および第２回路基板１１２に強固に接続される。また異方性導電フィルム１２３が加圧された状態で加熱硬化することにより、端面電極１１５と金属細線１２２間の導通が確保される。

上述した加圧／加熱工程を経ることにより、図１および図２に示すように、第１回路基板１１１と第２回路基板１１２は、連結部材１２０ａを介して連結される。第１回路基板１１１および第２回路基板１１２の対向する位置にある端面電極１１５は、加圧および加熱硬化されて導通状態となった異方性導電フィルム１２３および金属細線１２２を介して相互に電気的に接続される。一方で、異方性導電フィルム１２３は矢印Ｘ方向には絶縁状態を維持するため、所定のピッチで配された各端面電極１１５間は電気的に絶縁された状態となる。

このように、端面電極１１５の形状に対応した凸条または突起を有する圧着ツールを用いて、異方性導電フィルム１２３に適当な圧力を加えた状態で加熱硬化することにより、端面電極１１５と対向する金属細線１２２間の導通状態を確保できる。図２（ａ）に示すように端面電極１１５は、異方性導電フィルム１２３を介して複数本の金属細線１２２（図では４本）と接続される。従って回路基板１１１の端面電極１１５と回路基板１１２の端面電極１１５の間は、異方性導電フィルム１２３および複数本の金属細線１２２を介して電気的に接続される。結果、第１および第２回路基板１１１、１１２間の良好な電気的接続を実現できる。

次に、金属細線１２２が備えるべき条件について説明する。金属細線１２２はシート状部材１２１ａの表面に、端面電極１１５のピッチより小さいピッチで形成されている。ここで、金属細線１２２の配列のピッチをＰ１とする（図２（ａ）参照）。回路基板１１１および１１２の各端面電極１１５間での電気的接続を実現するためには、各端面電極１１５が少なくとも１本の金属細線１２２と接続されていればよい。しかし加圧／加熱工程等で金属細線１２２に断線や剥離が生ずる恐れや、更に金属細線１２２の一本当たりの通電量が過大になる恐れを考慮すると、各端面電極１１５は２本以上の金属細線１２２と接続されることが好ましい。このためピッチＰは端面電極１１５の円弧の長さＬ１（図では記載の都合上、矢印を端面電極の外側に表示しているが、実際には端面電極の内周側の長さを示す）の１／２未満とすることが好ましい。

なお、金属細線１２２と端面電極１１５の間には異方性導電フィルム１２３が介在しているため、金属細線１２２のピッチＰは、異方性導電フィルム１２３の厚さを考慮し、上記条件より更に小さい値にする必要がある。

また金属細線１２２の太さによって流すことが可能な電流量が変わるため、金属細線１２２の太さや配列のピッチは、要求される電流量に応じて設定する必要がある。本実施の形態の場合、端面電極１１５のピッチが７００μｍ、端面電極１１５の幅が５００μｍである。また金属細線１２２は、幅を２０μｍ、配列ピッチを４５μｍとして、可撓性の樹脂フィルムからなる厚み約２５μｍのシート状部材１２１ａ上にパターンニングして形成されている。

本実施の形態では、シート状部材１２１ａの背面側に溝１２４ａを設けることによって湾曲し易くしている。このため、圧着ツールでシート状部材１２１ａを圧着した時に溝が狭まる方向に変形することによって、シート状部材１２１ａが端面電極１１５の円弧に対応した形に湾曲し、端面電極１１５とシート状部材１２１ａ間の接着がより強固なものとなる。シート状部材１２１ａの湾曲の程度は、溝１２４ａの断面形状や大きさ、ピッチを変えることによりコントロールできる。

なお、シート状部材１２１の厚さを薄くすることによってもシート状部材１２１を湾曲し易くすることができる。しかしシート状部材１２１は金属細線１２２を機械的に支持する機能も備えており、あまり薄くすると機械的強度が低下し、金属細線１２２を適切に支持できなくなるため好ましくない。

このように本実施の形態では、金属細線１２２が配されたシート状部材１２１ａおよび異方性導電フィルム１２３で構成された連結部材１２０ａを用いて、従来のリードフレームと同様の機能を実現している。端面電極１１５間のピッチを狭くしたい場合、リードフレームでは、加工上や強度上の問題から対応に限界があるが、本実施の形態の連結部材１２０ａは、金属細線１２２のピッチを小さくすることで簡単に対応できる。

次に、連結部材１２０ａを回路基板１１１、１１２から取り外す場合について説明する。異方性導電フィルム１２３は半田等に比較するとはがれやすい性質を備えているため、シート状部材１２１ａを強く引っ張ることにより、シート状部材１２１ａを回路基板１１１、１１２から分離することができる。従って、回路基板１１１、１１２に不具合が生じた場合に、回路基板１１１、１１２から連結部材１２０ａをはがして、回路基板毎に原因の解析（不具合原因の電子部品の特定）や、不具合原因の電子部品の交換などの修理作業ができる。更に、修理不能のために回路基板が廃品になる場合でも、当該回路基板のみの交換が可能となる。

なお、本実施の形態では、異方性導電フィルム１２３を用いて端面電極１１５と金属細線１２２間の導通状態を確保したが、異方性導電フィルムの代わりに異方性導電ペーストを用いても同様の効果が得られる。

また、本実施の形態では、端面電極１１５として略円弧状の電極を用いているが、これに限定されることなく、例えば、端面電極１１５の半円状の隙間に半田ボールや円柱上の金属を挟み、その外側に連結部材を接続する構成にしてもよい。ただし、この場合は、シート状部材１２１ａの湾曲し易い面を本実施の形態とは逆の面にする必要があるため、それを考慮して溝１２４を設ける面や溝の断面形状を決める必要がある。

また本実施の形態において、第１回路基板１１１と第２回路基板１１２の間に形成されたスペースを絶縁材で充填して機械的強度を増してもよい。絶縁材としては、一般的に無機フィラーと熱硬化性樹脂を含む化合物が使用できる。

更に本実施の形態では、２枚の回路基板を基板面が対向するように配置した例について説明したが、連結部材１２０ａを用いて３枚以上の回路基板を連結することができることは云うまでもない。

（実施の形態２）
図５に、本発明の実施の形態２に係る三次元電子回路装置の要部を示す。図５のＡｂ部は図２のＡａ部に相当する。なお図中、図１および図２と同一機能を有する部分には同一符号を付して説明を省略する。以後も同様とする。

本実施の形態では、実施の形態１で用いた連結部材１２０ａを連結部材１２０ｂに置き換えている。連結部材１２０ｂを構成するシート状部材１２１ｂは、金属電極１２２が配置された面にスリット上の溝１２４ｂが形成されている。実施の形態１の場合、シート状部材１２１ａのうち溝１２４ａが狭まる方向に変形することによってシート状部材１２１ａが湾曲する。一方、本実施の形態では、シート状部材１２１ｂの溝１２４ｂが広がる方向に変形することによってシート状部材１２１ｂが湾曲する。シート状部材１２１ｂを用いることにより、実施の形態１のシート状部材１２１ａと同様の効果が得られる。

なお、連結部材１２０ｂを回路基板１１１、１１２に接着する方法は実施の形態１で説明した方法と同様であるため、説明を省略する。

（実施の形態３）
図６に、本発明の実施の形態３に係る三次元電子回路装置の要部を示す。図６のＡｃ部は図２のＡａ部に相当する。

本実施の形態では、実施の形態１で用いた連結部材１２０ａを連結部材１２０ｃに置き換えている。連結部材１２０ｃを構成するシート状部材１２１ｃは、金属電極１２２が配置された面およびそれと反対側の面の両方にスリット状の溝１２４ｃ−１および１２４ｃ−２が形成されている。本実施の形態では、溝１２４ｃ−１が狭まる方向に変形することにより、また溝１２４ｃ−２が広がる方向に変形することによりシート状部材１２１ｃが湾曲する。従って、シート状部材１２１ｃは外力が加わった場合に、前述のシート状部材１２１ａや１２１ｂに比べて、より湾曲しやすい性質を備えている。

なお、実施の形態２と同様、連結部材１２０ｃを回路基板１１１、１１２に接着する方法は実施の形態１で説明した方法と同様であるため、説明を省略する。

（実施の形態４）
図７は、本発明の実施の形態４に係る三次元電子回路装置１００の要部斜視図である。また図８（ａ）は本実施の形態で使用するシート状部材１２１ｄを金属細線１２２が配された面から見た平面図であり、図８（ｂ）には図８（ａ）をVIIIｂ−VIIIｂ線で切断した断面を示す。

本実施の形態では、実施の形態１〜３で説明した連結部材１２０ａ〜１２０ｃが連結部材１２０ｄに置き換えられている。連結部材１２０ｄは連結部材１２０ａ〜１２０ｃにおいて、異方性導電フィルム１２３の過剰な樹脂のはみ出しを抑制する収容部１２４ａが新たに設けられている。

つまり、上述の実施の形態において、シート状部材１２１ａを加圧／加熱して回路基板１１１および１１２に接着する際に、異方性導電フィルム１２３の主要成分である熱硬化性の樹脂が柔らかくなり、場合によってはシート状部材１２１ａと回路基板１１１、１１２の間からはみ出して、回路基板１１１、１１２上の配線パターンを覆うことがある。

端面電極１１５に接続された配線パターン１１７のように、電極間の接続に用いられる配線が樹脂で覆われても特に支障は生じない。しかし、回路基板１１１、１１２の外周面の近傍にＢＧＡ（Ball grid array）用の電極等が形成されている場合、はみ出した樹脂によってこれらの電極が覆われると、その後、半田等を用いて電極上に半導体チップ等を実装する際に接続不良が生じる。また、はみ出した樹脂が実装面上で硬化した場合、実装面に段差が生じ、電子部品を実装する際に妨げとなる恐れがある。

本実施の形態では、このようなはみ出した樹脂による不都合を抑制するため、シート状部材１２１ｄの一部を切り欠いて収容部１２５ａを設けている。異方性導電フィルム１２３のはみ出した樹脂が収容部１２５ａに収容されることによって、回路基板上の電極が樹脂で覆われたり、実装面に段差が生じることを防止できる。

図７に示すように、シート状部材１２１ｄのうち端面電極１１５と対向する箇所を除く外周部の一部を四角形状に切り欠いて収納部１２５ａが形成されている。なお、本実施の形態における収容部１２５ａは、上述のように、回路基板１１１および１１２が連結部材１２０に接合される際の異方性導電フィル１２３の樹脂はみ出しの抑制を目的としている。この目的には、上述の溝１２４は必須ではない。よって、説明の冗長を避けるために、本実施の形態においてシート状部材１２１ｄには溝１２４が設けられていない場合を例に説明する。なお、本実施の形態にかかるシート部材１２１ｄに溝１２４が設けられていてもよいことは言うまでもない。

加圧／加熱工程を経て、端面電極１１５を含む回路基板１１１、１１２の外周面とシート状部材１２１ｄは、接着剤としての機能を併せ持つ異方性導電フィルム１２３によって強固に接続される。この際、異方性導電フィルム１２３を構成する樹脂の一部は、回路基板１１１、１１２とシート状部材１２１ｄの間からはみ出す。図７に示すように、収容部１２５ａに対応する位置にある異方性導電フィルム１２３は、はみ出した樹脂と共にシート状部材１２１ｄの収容部１２５ａに収容されるため、この樹脂によって回路基板１１１、１１２の表面が覆われるのを防止できる。

なお、異方性導電フィルム１２３の樹脂のはみ出しは、収容部１２５ａを除く回路基板１１１、１１２とシート状部材１２１ｄとの接合面でも生ずる。図７では収容部１２５ａの機能を中心に説明している関係で、そのようなはみ出しを省略して表示している。

収容部１２５ａを設ける箇所について説明する。前述したように、回路基板１１１の端面電極１１５と回路基板１１２の端面電極１１５は、異方性導電フィルム１２３およびシート状部材１２１ｄに形成された金属細線１２２を介して相互に電気的に接続される。シート状部材１２１ｄのうち収容部１２５ａを形成する箇所には金属細線１２２を配置することができない。従って、シート状部材１２１ｄの端面電極１１５に対応する箇所に収容部１２５ａを設けると、端面電極１１５と金属細線１２２の間の電気的な接続に支障をきたす。

以上の理由により、収容部１２５ａは、シート状部材１２１ｄのうち端面電極１１５に対向する箇所を除く部分に設ける必要がある。これに対応し、収容部１２５ａのピッチは、シート状部材１２１ｄが回路基板１１１１１２の外周面に接続された状態において端面電極１１５のピッチＰ２と等しいことが望ましい。前述したように、シート状部材１２１ｄと金属細線１２２との電気的な接続を確実なものにするため、端面電極１１５と対向する箇所のシート状部材１２１ｄは端面電極１１５に沿って湾曲している。したがって、シート状部材１２１ｄを回路基板１１１、１１２から取り外した状態では、収容部１２５ａのピッチＰ３は、回路基板１１１、１１２に取り付けられた状態のピッチＰ２よりも長くなる。

また上述した理由により、収容部１２５ａの幅Ｄ１は隣接する端面電極１１５間の距離Ｌ２より小さくする必要がある。更に収容部１２５ａの高さＤ２は、回路基板１１１、１１２の厚さＴより小さくすることが好ましい。シート状部材１２１ｄは回路基板１１１、１１２を機械的に支持する機能を持っている。収容部１２５ａの高さＤ２が回路基板１１１、１１２の厚みより大きい場合、この部分では回路基板１１１、１１２の端面とシート状部材１２１ｄが接しないため、回路基板を支持する機能が損なわれる。このため、収容部１２５ａの高さＤ２は回路基板１１１、１１２の厚みＴ１より小さくすることが好ましい。

またシート状部材１２１ｄの寸法については、回路基板１１１の第１の面と直交する方向の長さは、２枚の回路基板の厚みに実装されている部品の厚みを加えた長さと等しいか、それより小さい値が好ましい。このような構成とすると、はみ出した樹脂が実装面上に移動して電極がその樹脂によって覆われるリスクが減り、その一方で、はみ出した樹脂を利用して、回路基板１１１とシート状部材１２１ｄとの間の接着強度が高められる。シート状部材１２１ｄの寸法のうち回路基板１１１の第１の面と平行な方向の長さも、上記と同様の理由により、回路基板の第１の面の長さと等しいか、それより小さい値が好ましい。

なお、連結部材１２０ｄを回路基板１１１、１１２に接着する方法は、基本的に実施の形態１で説明した方法と同様であるため、説明を省略する。ただし、本実施の形態では、あらかじめシート状部材１２１ｄに収容部１２５ａを形成する工程が必要となる。

図９に本実施の形態で用いるシート状部材の他の例を示す。図８に示したシート状部材１２１ｄは、上下の外周部を切り欠いて四角形状の収容部１２５ａを形成したが、収納部の形状はこれに限定されない。図９（ａ）に示すような三角形状の収容部１２５ｂや半円形状の収容部１２５ｃを上下の外周部に形成してもよい。更に図９（ｂ）に示すような四角形状の収納部１２５ｃを点在させたシート状部材１２１ｄを用いてもよい。また図９（ｃ）に示すようにシート状部材１２１ｇが相互に接する部分には、それぞれの収容部１２４ｅが同じ位置に配置されないようにずらして配置してもよい。

これらの収容部の容積や形状は、収容部に収容される異方性導電フィルム１２３の樹脂の量を考慮して定められる。これらの収容部を形成するときに留意すべき点は、基本的に端面電極１１５に対向する箇所には収容部を設けないことである。前述したように、端面電極１１５に対向する箇所に収容部を設けると、端面電極１１５と金属細線１２２の間の電気的な接続に支障をきたす恐れがある。

図１０にシート状部材の更に他の例を示す。図１０（ａ）にシート状部材１２１ｈの一部を切り出した部分を示し、図１０（ｂ）に図１０（ａ）のXｂ−Xｂ線で切断した断面を示す。図８および図９に示した収容部１２４ａ〜１２４ｄは全てシート状部材１２１ｂ〜１２１ｄを貫通する形で形成されていたが、図１０の収容部１２５ｆはシート状部材１２１ｈを貫通しておらず、凹部を形成している。収容部を凹部で形成する場合、貫通した場合に比べて収容部の容積が小さくなるため、収容できる樹脂の量が少なくなる。更に収容できない樹脂がシート状部材１２１ｈと回路基板１１１、１１２の間からはみ出し、収容部の機能が十分発揮できなくなる。その反面、シート状部材１２１ｆの機械的強度は強くなる。したがって、収容部に収納する樹脂の量が少ない場合や、収納部の容積よりもシート状部材の機械的強度を重視する場合には、図１０に示したシート状部材１２１ｈを用いることが好ましい。

（実施の形態５）
前述した実施の形態４では、収容部をシート状部材に設ける場合について説明したが、本実施の形態では、収容部を回路基板１１１、１１２の外周部に設ける場合について説明する。図１１に本実施の形態で用いる回路基板１１１の要部を示す。

図１１に示したように、回路基板１１１の外周面（ＰＳ）のうち隣接する端末電極１１５の間に直方体状の収容部１１８ａが形成されている。連結部材１２０の加圧／加熱工程において、収容部１１８ａに対抗する箇所の異方性導電フィルム１２３は収容部１１８ａに収容されるため、異方性導電フィルム１２３の樹脂が回路基板１１１の実装面上にはみ出るのを抑制できる。

なお、回路基板１１１の外周面に収容部１１８ａを形成する場合、回路基板１１１とシート状部材１２１ｄとの接合面が減る。このため、シート状部材１２１ｄによって回路基板１１１、１１２を支持する際の機械的強度が、収容部１１８ａを設けない場合に比べて弱くなる。したがって、収容部１１８ａの幅Ｄ３や奥行きＤ４は、収容部１１８ａに収容する樹脂の量とシート状部材１１１が発揮する機械的強度を考慮して決定する必要がある。

図１２（ａ）〜（ｄ）に回路基板１１１の外周面に設ける収容部の他の例を示す。図１２（ａ）に示した収容部１１８ｂは図１１に示した収容部１１８ａの変形であり、回路基板の外周面に縦に細長い直方体状の収容部１１８ｂを複数形成している。収容部１１８ａに比べ収容部１１８ｂは加工の際に手間がかかるが、収容部を分散させていることから機械的強度の点で優れている。

図１２（ｂ）に示した収容部１１８ｃも、図１１に示した収容部１１８ａの変形であり、回路基板１１１の外周面に、円筒の一部を切り出した形状の収容部１１８ｃを形成している。図１１の場合と同様、収容部の幅や奥行きは収容部１１８ｃに収容する樹脂の量とシート状部材の機械的強度を比較考量して決定する。

図１２（ｃ）に示した収容部１１８ｄは、図１１（ａ）に示した収容部１１８ａと異なり、回路基板１１１の外周面（ＰＳ）の中間部に設けられており、外周面（ＰＳ）がシート状部材１１１と接する面積が広い。このため、収容部１１８ａに比較すると機械的強度に優れている。その反面、収容部１１８ｄから樹脂が溢れた場合に逃げ場所がないため、溢れた樹脂が回路基板１１１とシート状部材１１１との間からはみ出す。従って収容部１１８ｄは、収容する樹脂の量が少ない場合に適している。

図１２（ｄ）に示した収容部１１８ｅは、図１２（ｃ）に示した収容部１１８ｄの変形である。収容部１１８ｂでは回路基板の外周面に閉じられた直方体状の収容部１１８ｃが１つ設けられている。これに対し、図１２（ｄ）では、収納部の１つについて破線で示すように、円筒状の複数の収容部１１８ｅが形成されている。収容部１１８ｄと比較して、収容部１１８ｅは加工の際に手間がかかるが、収容部が分散されているため、図１２（ａ）に示した収容部１１８ｂと同様に機械的強度の点で優れている。収容部１１９ａ〜１１９ｅのいずれを用いるかは、収容部に収容する異方性導電フィルム１２３の樹脂の量とシート状部材１２１が要求される機械的強度とを比較考量して決定される。

以上、図面を参照して本発明を実施するための最適な形態について説明したが、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではなく、当業者であれば容易に到達しうる形態についても本発明の範囲に属することは明らかである。

本発明の三次元電子回路装置は、高機能化や多機能化、小型化が要求される各種のモバイル機器の用途に適用できる。

本発明の実施の形態１に係る三次元電子回路装置の平面図と断面図 図１の要部を拡大して示した平面図と断面図 連結部材を構成するシート状部材の一部の平面図と断面図 連結部材の回路基板への接着工程を説明する平面図と断面図 本発明の実施の形態２に係る三次元電子回路装置の要部平面図 本発明の実施の形態３に係る三次元電子回路装置の要部平面図 本発明の実施の形態４に係る三次元電子回路装置の要部斜視図 実施の形態４で用いるシート状部材の平面図と断面図 シート状部材の他の例を示す平面図 シート状部材の他の例を示す平面図と断面図 本発明の実施の形態５に係る三次元電子回路装置に用いる回路基板の要部斜視図 回路基板の他の例を示す要部斜視図

符号の説明

１００ 三次元電子回路装置
１１１、１１２ 回路基板
１１３ 半導体チップ
１１４ 電子部品
１１５ 端面電極
１１６ ベアチップ
１１７ 配線パターン
１１８ａ〜１１８ｅ 収容部
１２０ａ〜１２０ｄ 連結部材
１２１ａ〜１２１ｈ シート状部材
１２２ 金属細線
１２３ 異方性導電フィルム
１２４ａ〜１２４ｃ 溝
１２５ａ〜１２５ｆ 収容部

Claims (9)

1. 主面が重なるように多層に配置された、電子部品が実装された複数の回路基板同士をそれらの端面で互いに電気的に接続した三次元回路装置であって、
   前記各回路基板の端面は、第一のピッチ間隔で配設された複数の端面電極を有し、
   前記各回路基板の前記端面電極は、前記多層方向において、連結部材を介して電気的に接続されており、
   前記連結部材は、前記端面電極の表面同士を接続する異方性導電部材と、前記異方性導電部材に接しているシート状部材とを含み、
   前記シート状部材の表面に前記第一のピッチ間隔よりも狭い第二のピッチ間隔で断続的に配列された、前記多層方向に延在する複数の導線を有し、
   前記異方性導電部材と少なくとも一本の前記導線とが接しており、
   前記シート状部材のうち前記端面電極と対向する箇所を除く部分または前記回路基板の前記シート状部材と対向する面における前記端面電極が配された箇所を除く部分に、前記異方性導電部材の一部を収容する収容部が設けられている三次元電子回路装置。
2. 前記端面電極１つに対して、前記導線が２本以上接続されている請求項１記載の三次元電子回路装置。
3. 前記端面電極の断面形状は円弧であり、
   前記第二のピッチ間隔は前記円弧の内周の長さの１／２未満である請求項１または２に記載の三次元電子回路装置。
4. 前記収容部は、前記シート状部材の前記回路基板の前記主面と直交する方向に位置する外周部を切り欠いて形成されている請求項１に記載の三次元電子回路装置。
5. 前記端面電極および前記収容部は、前記回路基板の主面と平行に所定のピッチ間隔で複数個設けられ、かつ前記収容部の繰り返しのピッチ間隔は前記第一のピッチ間隔と略等しい請求項４に記載の三次元電子回路装置
6. 前記収容部は、前記シート状部材の２つの面と略直交する方向に形成された貫通孔である請求項１に記載の三次元電子回路装置。
7. 前記収容部は、前記シート状部材のうち前記導線が配された面に形成された凹部である請求項１に記載の三次元電子回路装置。
8. 前記収容部は、前記回路基板の前記シート状部材と対向する面に形成された、前記主面と略直交する少なくとも１本の溝である請求項１に記載の三次元電子回路装置。
9. 前記収容部は、前記回路基板の前記シート状部材と対向する面に形成された少なくとも１個の凹部である請求項１に記載の三次元電子回路装置。

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