JP5109361B2 - 複合基板 - Google Patents

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Description

本発明は複合基板に関し、詳しくは、基板本体の一方主面に小片部品を接合してなる複合基板に関する。
高密度に電子部品を実装するため、基板本体の両面又は片面にチップ状電子部品を搭載したモジュール部品が提供されている。このようなモジュール部品を他の回路基板に実装したときに、モジュール部品の基板本体を他の回路基板から浮かせるため、モジュール部品の基板本体に枠状部材やパッケージを取り付けることが提案されている。この場合、基板本体と他の回路基板との間の電気的接続のため、枠状部材やパッケージには配線パターンが形成され、配線パターンの一端が基板本体に接合され、配線パターンの他端が他の回路基板に接合される(例えば、特許文献1〜4)。
また、特許文献5には、図10の斜視図に示すように、貫通穴126を有する枠状のハウジング120にリード端子110の中間部114が支持され、モジュール基板と接続するためのリード端子110の一方の端部112がハウジング120の下面124に沿って延在し、リード端子110の他方の端部116がハウジング120の上面122との間に間隔を設けて延在し、ハウジング120から突出しているリード端子110の他方の端部116側の部分のばね弾性を利用して、耐衝撃性を改善する基板接続部材100が提案されている。
また、特許文献6には、図12(A)に示したように、平板形状の樹脂製基板220にリードフレーム230をインサートモールドし、リードフレーム230の中間部分231を樹脂製基板220の内部に埋設し、リードフレーム230の両端を屈折させて、樹脂製基板220の表裏面にリード部232,233を露出させるチップパッケージ210が開示されている。
このチップパッケージ210は、図12(B)に示すように、樹脂性基板220の上面に、開口223を跨ぐようにチップ240を実装し、ボンディングワイヤー250でチップ240とリード部232とを接続している。
また、図12(C)に示すように、樹脂封止材252をチップパッケージ210の上面にチップ240も封止するように塗布した後、下面に開口を有するボックス状の蓋254を被せて樹脂製基板220と固定して、半導体装置を形成している。この半導体装置は、プリント基板271上に実装される。
特開平6−216314号公報 特開平7−50357号公報 特開2000−101348号公報 特開2001−339137号公報 特開2005−333046号公報 特開2005−328009号公報
モジュール部品の基板本体とモジュール部品が実装される他の回路基板との熱膨張率又は線膨張係数に差があると、温度変化によって、枠状部材やパッケージに形成した配線パターンと基板本体や他の回路基板との接合部分に熱応力が発生する。また、これらの接合部分には、落下衝撃によって衝撃応力が発生する。特に、厳しい環境下で使用される場合には、熱応力や衝撃応力が大きくなるため、接合信頼性の低下が著しい。
特許文献5に開示された基板接続部材100のようにハウジング120とリード端子110との間に隙間を設ける構造は、隙間部にハウジング材料(例えば、成形用樹脂)が入り込むことを防ぐため、隙間を確保するためのスペーサを挟んでおく必要がある。量産性が高いインサート成形技術でハウジング材料を形成する場合、成形用金型にスペーサに相当する部分を設ける。
例えば図11(a)の要部断面図に示すように、リード端子110の先端117側の部分115が真っ直ぐな状態で、ハウジング120となる部分をインサート成形する。このとき、ハウジング120の内周面127とリード端子110の先端117側の部分115との間の空間130には、不図示のスペーサが配置される。次いで、図11(b)の要部断面図に示すように、リード端子110の先端117側の部分115を折り曲げる。このとき、ハウジング120の上面122に、ハウジング120の上面122とリード端子110の端部116との間の空間132を形成するための不図示のスペーサを配置して、リード端子110の先端117側の部分115を折り曲げる。
耐久性を考慮すると、スペーサにはある程度の厚み(例えば、100μm以上)が必要となる。よって、ハウジング120とリード端子110との間の隙間を数十μmオーダーに狭くすることができない。つまり、小型化、低背化が困難である。
また、リード端子を複雑に折り曲げるため、端子曲げ金型やハウジング材料成型金型の構成が複雑になり、加工コストが高くなり、金型代の初期投資が増大する。さらに、形状が複雑であるので、品質のばらつきが大きくなり、量産性が悪い。
さらに、ハウジング120の材料を成形用樹脂と仮定した場合、この構造体をセラミック基板にはんだで接合すると、セラミック基板が反り、表面実装型部品の搭載(はんだ印刷、マウント)が困難になる。セラミック基板の反りは、成形用樹脂(線膨張係数α=20ppm/℃以上)とセラミック基板(線膨張係数α=10ppm/℃以下)との間の線膨張差が大きいため、リフロー加熱→(降温)→常温の過程で収縮量が大きい成形用樹脂からセラミック基板に対して圧縮応力が加わるためであり、樹脂接合面が凹状に変形する。構造体が枠状である場合には、剛性が高く変形しにくいこと、樹脂体積が多いので熱収縮量が大きいことも、セラミック基板の反りを大きくする要因である。
特許文献6に開示されたチップパッケージ210は、リードフレーム230の中間部分231が樹脂製基板220に完全に埋まっており、樹脂製基板220の表裏面に露出するリード部232,233の可動域が狭い。リード部232,233のばね性が弱く、落下・衝撃などの負荷に対して強度が低い。
本発明は、かかる実情に鑑み、簡単な構成で、接合部分の熱応力や衝撃応力を効果的に緩和することができる複合基板及びその製造方法を提供しようとするものである。
本発明は、上記技術的課題を解決するために、以下のように構成した複合基板を提供する。
複合基板は、少なくとも一方主面に端子を有する基板本体と、前記基板本体の前記一方主面に接合される複数の小片部品とを備える。前記小片部品は、絶縁材料からなる主部と、中間片の両端にそれぞれ第1片と第2片とが連続する接続部材とを有する。前記小片部品の前記主部は、金型内に前記接続部材となる部分を挿入した状態で成形した樹脂である。前記接続部材の前記第1片は、前記主部の前記基板本体側に露出して、前記基板本体の前記一方主面の前記端子に接合される。前記接続部材の前記第2片は、前記主部の前記基板本体とは反対側に露出している。
上記構成において、複合基板は、接続部材の第2片が外部回路基板に接続される。このとき、第1片と第2片の同じ側の端部が中間片の両端に連続する接続部材は、温度変化や衝撃力等により複合基板と外部回路基板との接合部分や基板本体と小片部品との接合部分に生じる熱応力や衝撃応力等を、弾性変形することによって緩和することができる。そのため、接合信頼性を向上することができる。
記小片部品は、前記接続部材の前記第1片又は前記第2片の少なくとも一方が、前記主部から離間して可動である。
この場合、熱応力や衝撃応力が複合基板に作用したときに、主部から離間して可動である接続部材の第1片又は第2片の少なくとも一方が移動して、熱応力や衝撃応力を効果的に緩和することができる。
好ましい一態様として、前記接続部材の前記中間片は、前記主部の側面に沿って配置され、前記第1片側と前記第2片側との間の中間部分のみが、前記主部に固定されている。
この場合、接続部材の中間片の両端付近が主部から離れることができるので、接続部材の第1片や第2片の可動範囲は、中間片の両端付近が主部に埋め込まれている場合よりも、広くなる。
好ましい他の態様として、前記接続部材の前記第1片は、前記中間片とは反対側の部分が前記主部に埋め込まれている。
この場合、接続部材の第1片と主部との固着が強化され、基板本体と主部は接合が強化され、より一体化されるので、衝撃荷重を接続部材の第2片で緩和し、基板本体と主部との間の接合部分に衝撃応力が生じないようにして、接合信頼性を向上することができる。
上記各構成において、好ましくは、前記基板本体の前記一方主面において、周縁に沿って前記小片部品が配置される。前記小片部品よりも内側に、チップ状電子部品が搭載されている。
この場合、小片部品よりも内側の部分を利用して、複合基板の実装密度を高めることができる。
好ましくは、前記チップ状電子部品が樹脂で封止され、該樹脂と前記小片部品とが間隔を設けて離れている。
この場合、チップ状電子部品を確実に封止することができる。樹脂と前記小片部品との間に間隔を設けることにより、製造時に隣接する小片部品の間から樹脂が流れ出るのを防止することが容易であり、樹脂の使用量を少なくすることができる。また、樹脂によって小片部品が拘束されないようにすることができる。
好ましくは、前記小片部品の前記接続部材は、金属薄板の打ち抜き加工及び折り曲げ加工により形成されてい
この場合、小片部品を効率よく製作することができる。
好ましくは、前記基板本体がセラミック基板である。
セラミック基板は熱膨張が小さいため、外部回路基板に実装したときに接合部分に作用する熱応力が大きくなる。したがって、接合信頼性の向上効果が特に大きい。
好ましくは、前記基板本体は、1050℃以下で焼結する複数のセラミック層を積層してなるセラミック多層基板である。
この場合、セラミック多層基板により複合基板の実装密度を高めつつ、接合信頼性を向上することができる。また、セラミック多層基板は他の種類の基板に比べて脆いため、熱応力や衝撃応力からセラミック多層基板自体の破壊を防止する効果が大きい。
好ましくは、前記小片部品の前記接続部材の前記金属薄板は可撓性を有する。
接続部材を構成する金属薄板が可撓性を有していれば、接続部材の第1片や第2片が中間片との接続部を支点として可動であるので、小片部品と基板本体の接合強度や、小片部品と外部回路基板の接合強度が向上する。
好ましくは、前記接続部材の厚みは、50μm以上、かつ300μm以下である。
上記範囲内であれば、接続部材を高精度に加工することができるため、小型化が容易である。すなわち、接続部材の厚さが50μmより小さくなると、折り曲げ加工時のばらつきが大きくなり、接続部材の第1片や第2片の位置や高さの精度が低下する。また、疲労破壊しやすい。接続部材の厚さが300μmより大きくなると、折り曲げ加工が難しくなり、曲げ角度のばらつきや高さのばらつきが大きくなる。
好ましくは、前記基板本体の他方主面に、チップ状電子部品が搭載されている。
この場合、複合基板の実装密度を高めることができる。
また、本発明は、以下のように構成した複合部品を提供する。
複合部品は、外部回路基板の端子に、上記各構成のいずれか一つの複合基板の前記接続部材の前記第2片が接合されている。
複合基板の接続部材の第1片又は第2片の少なくとも一方が移動して、熱応力や衝撃応力を効果的に緩和することができるため、接合信頼性を向上した複合部品を提供することができる。
また、本発明は、上記技術的課題を解決するために、以下のように構成した複合基板の製造方法を提供する。
複合基板の製造方法は、少なくとも一方主面に端子が設けられた基板本体と、小片部品とを準備する第1の工程と、前記基板本体の前記一方主面に、前記小片部品を接合する第2の工程とを備える。前記第1の工程において、前記小片部品は、絶縁材料からなる主部と、中間片の両端にそれぞれ第1片と第2片とが連続する接続部材とを有し、前記小片部品の前記主部は、金型内に前記接続部材となる部分を挿入した状態で成形した樹脂であり、前記接続部材は、前記第1片及び第2片が前記主部の両主面にそれぞれ露出し、前記第1片又は前記第2片の少なくとも一方が、前記主部から離間して可動である。前記第2の工程において、前記小片部品は、前記基板本体の前記一方主面の周縁に沿って配置され、前記小片部品の前記接続部材の前記第1片が、前記基板本体の前記一方主面に設けられた前記端子に接合される。
上記方法により製造された複合基板は、接続部材の第2片が外部回路基板に接続される。このとき、中間片の両端から第1片と第2片とが連続する接続部材は、温度変化や衝撃力等により複合基板と外部回路基板との接合部分や基板本体と主部との接合部分に生じる熱応力や衝撃応力等を、弾性変形することによって緩和することができる。そのため、接合信頼性を向上することができる。
本発明によれば、簡単な構成で、接合部分の熱応力や衝撃応力を効果的に緩和することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図1〜図9を参照しながら説明する。
<実施例1> 図1〜図5を参照しながら、複合基板について説明する。
図1(a)の断面図に示すように、複合基板10は、平板状の基板本体12の一方主面12bに小片部品20が接合されてなり、図1(b)の断面図に示すように、外部回路基板60に接合される。
基板本体12の一方主面12bには、ICチップ等のチップ状電子部品50が搭載され、チップ状電子部品50の不図示の端子と基板本体12の一方主面12bに設けられた不図示のパッドとがボンディングワイヤー52によって接続されている。基板本体12の一方主面12bには、ワイヤーボンディング以外で接続するチップ状電子部品55を搭載してもよい。例えば、表面実装型部品(SMD)を搭載してもよい。
基板本体12の他方主面12aには、必要に応じて、チップコンデンサやICチップ等のチップ状電子部品40,42が搭載され、はんだリフローやフリップチップボンディングによって、チップ状電子部品40,42の不図示の端子と基板本体12の他方主面12aに設けられた不図示の端子とが接続される。
基板本体12は、高密度化のために、片面又は両面に電子部品を実装可能な構造であればよい。基板本体12は、例えば、複数のセラミック層が積層されたセラミック多層基板である。セラミック多層基板は、内部に電気回路を構成することにより実装密度を高めることができるので、複合基板10の基板本体12として好ましい。もっとも、基板本体12はセラミック多層基板に限らず、1層のみのセラミック基板(例えば、アルミナ基板)であっても、セラミック以外の材料を用いた基板(例えば、プリント配線基板、フレキシブルプリント配線基板など)であってもよい。
小片部品20は、絶縁材料(例えば、樹脂)からなる主部22に、接続部材30が配置されている。
小片部品20は、図3(a)の底面図、図3(a)の線B−Bに沿って切断した断面図である図3(b)、図3(a)において鎖線で囲まれた部分の要部拡大図である図4(a)、及び図3(b)において鎖線で囲まれた部分の要部拡大図である図4(b)に示すように、基板本体12の一方主面12bの周縁の4辺に沿って配置され、小片部品20で囲まれた領域内には、図3及び図4では図示されていないが、前述したチップ状電子部品50,55やパッドが配置されている。
図1に示したように、機械的破壊や熱や水分などの環境から保護するため、必要に応じて、例えば樹脂の封止材54によりチップ状電子部品50,55を封止する。基板本体12の一方主面12bに、チップ状電子部品50,55をはんだリフローで実装する場合や、チップ状電子部品50,55をAuやはんだのバンプでフリップチップボンディングする場合には、封止材54はなくてもよい。
また、基板本体12の他方主面12a側に、金属ケース19を接合してチップ状電子部品40,42を覆ったり、図示していないが、チップ状電子部品40,42を封止材で封止したりしてもよい。これは、複合基板10を外部回路基板60に実装する際にマウンターで吸着しやくするためである。特に高周波用の複合基板10には、金属ケース19を用いると、電磁シールドの効果もある。電磁シールドが不要な場合には、チップ状電子部品40,42の上面を被覆するように、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を塗布し、あるいはトランスファー成形し、天面を平らにする。
図2の要部拡大断面図に示すように、各接続部材30は、帯状の金属薄板を直角に折り曲げて2つの屈曲部33,35が形成された断面略コ字状の部材であり、中間片34の両端にそれぞれ第1片32と第2片36とが連続している。中間片34は、主部22の内部を貫通している。第1片32は、主部22の基板本体12に対向する面22sに沿って延在している。第2片36は、主部22の基板本体12とは反対側の面22tに沿って延在している。
図1に示したように、接続部材30は、中間片34が、基板本体12の中心側に配置され、第1片32と第2片36とが、中間片34に関して基板本体12の中心側とは反対側に配置されている。すなわち、接続部材30の中間片34が内側に配置され、接続部材30の第1片32と第2片36とが中間片34に関して同じ側に、かつ、それぞれの先端31,37が外側を向くように配置されている。
図2に示したように、第1片32と第2片36とは、長さが異なり、第2片36の方が第1片32よりも長い。すなわち、第2片36の先端37側が主部22の側面24に達している。一方、主部22の基板本体12側の面22sに沿う第1片32の先端31は、主部22の側面24に達していない。
図1(b)の断面図及び図2の要部拡大断面図に示すように、接続部材30の第1片32は、基板本体12の一方主面12bに設けられた端子18(図2のみに図示)に、はんだ26で接合される。これによって、小片部品20は、基板本体12の一方主面12bに接合される。
外部に露出している接続部材30の第2片36は、マザーボード等の外部回路基板60の表面電極62(図2のみに図示)にはんだ66を介して接合される。これによって、複合基板10は外部回路基板60に実装され、電気的に接続される。基板本体12に金属ケース19を接合する場合には、金属ケース19も外部回路基板60に電気的に接続されるようにする。
接続部材30には、基板本体12や外部回路基板60との接合に使用されるはんだや導電性接着剤との濡れ性をよくし、接合強度を高めるため、Ni/Sn、Ni/Au、Ni/はんだなどをめっきしてもよい。このようなめっきは、接続部材30の全面に施しても、第1片32や第2片36の接合面のみに施してもよい。
次に、複合基板10の作製工程について説明する。
まず、基板本体12と小片部品20とを準備する。
基板本体12は、セラミック多層基板の場合、例えば複数のセラミック層を積層してなり、図2に示すように、内部には、Ag、Ag/Pd、Ag/Pt、Cu、CuOなどを主成分とする導電性ペーストを用いて面内導体パターン14やビアホール導体パターン13が形成されている。このような構成は、低抵抗のAgやCuを使うので、信号損失が小さく、高周波用の部品あるいはモジュールとして実用化されている。基板本体12の一方主面12bには、チップ状電子部品55や小片部品20を接合するための端子18等やチップ状電子部品50をワイヤーボンディングするためのパッドが形成され、他方主面12aには、チップ状電子部品40,42を接合するための接合電極(接合用ランド)となる端子が形成されている。端子やパッドには、必要に応じて、Ni/Sn、Ni/Au、Ni/Pd/Au、Ni/はんだをめっきする。
具体的には、面内導体パターン14やビアホール導体パターン13等が形成された厚さ10〜200μm程度の未焼成セラミックグリーンシートを準備する。未焼成セラミックグリーンシートは低温焼結セラミックス材料を含み、焼結温度は1050℃以下である。低温焼結セラミック材料としては、具体的には、アルミナやフォルステライト等のセラミック粉末にホウ珪酸系ガラスを混合してなるガラス複合系LTCC(Low Temperature Co−fired Ceramic)材料、ZnO−MgO−Al−SiO系の結晶化ガラスを用いた結晶化ガラス系LTCC材料、BaO−Al−SiO系セラミック粉末やAl−CaO−SiO−MgO−B系セラミック粉末等を用いた非ガラス系LTCC材料等、が挙げられる。次いで、未焼成セラミックグリーンシートを適宜な順序で積層して、複数枚の未焼成セラミックグリーンシートを積層した積層体を形成する。次いで、この積層体を、セラミックグリーンシートの焼結温度で焼結して形成された基板本体12を取り出す。
小片部品20は、青銅、洋白、Ni合金等の金属薄板を金型で打ち抜いて細長い帯状部を形成した後、帯状部の先端側を断面コ字状に折り曲げ、接続部材30となる部分を形成する。そして、接続部材30となる帯状部の先端側に、LCP(液晶ポリマー)、PPS(ポリフェニレンサルファイド)等の熱可塑性樹脂の射出成形や、エポキシ系樹脂等の熱硬化性樹脂のトランスファー成形で樹脂成形し、主部22を形成する。このとき、接続部材30の第1片32となる部分と、第2片36となる部分が金型の内面に沿い、中間片34となる部分が金型の内面から離れるようにして、樹脂成形する。接続部材30の第1片32の先端31となる部分は、金型の内面、すなわち主部22の側面24に達していない。
樹脂成形直後は、モールド樹脂(主部22)の周囲に、接続部材30となる部分以外の金属薄板の帯状部がつながっているので、成形した樹脂(すなわち、主部22)からはみ出した金属薄板の帯状部を、主部22の側面24に沿って切り離す。これにより、接続部材の第2片36の先端37側は、主部22の側面24に達した状態となる。
樹脂成形直後には、接続部材30の第1片32及び第2片36とモールド樹脂、すなわち主部22とは、樹脂成形時の加熱・加圧により一時的に仮圧着された状態である。
次いで、図1に示したように、基板本体12に小片部品20を接合し、部品実装や封止などを行い、複合基板10が完成する。
詳しくは、基板本体12の一方主面12bの端子に、はんだ、Ag等を含む導電性ペーストを印刷し、基板本体12の一方主面12bに小片部品20を搭載し、小片部品20の接続部材30の第1片32が導電性ペーストに当接した状態で導電性ペーストを熱硬化させ、図3及び図4に示すように、導電性ペーストが固化したはんだ26により、基板本体12と小片部品20とを接合する。接合後、洗浄を行って、基板本体12の一方主面12bに設けたパッドの汚れを除去する。
次いで、基板本体12の一方主面12bの中心部、すなわち小片部品20で囲まれた領域内に、チップ状電子部品50,55を搭載する。例えば、IC、FETなどのチップ状電子部品50を、エポキシ系樹脂又は導電性樹脂等で搭載し、チップ状電子部品50の端子と、基板本体12の一方主面12bに設けたパッドとの間を、Au、Al、Cuなどのボンディングワイヤー52によって接続する。このとき、接続部材30の中間片34が主部22の内部に配置されており、接続部材30は、小片部品20で囲まれた領域側に露出しないので、ワイヤーボンディングを容易に行うことができる。
なお、基板本体12の一方主面12bに表面実装型部品を搭載する場合には、小片部品20の接合と同時に、表面実装型部品の接合を行うことができる。
次いで、図3(a)において二点鎖線で示すように、小片部品20で囲まれた領域内に、エポキシ系樹脂等の封止材54を充填して熱硬化し、図1に示すように、チップ状電子部品50,55やボンディングワイヤー52、パッドを封止材54で覆い、封止する。
このとき、小片部品20で囲まれた領域の境界に沿って治具の内側に封止材54を充填し、封止材54を硬化させる。この場合、封止材54の使用量を少なくすることができる。封止材54と小片部品20との間には間隔が形成され、封止材54と小片部品20とは離れており、封止材54は小片部品20に接合しないため、小片部品20は封止材54で拘束されない。
あるいは、封止材54が小片部品20にまで流れ込み、小片部品20に接着するようにしてもよい。この場合には、小片部品20と基板本体12との接合を補強することができる。
いずれの場合も、封止材54の高さが小片部品20を超えないようにする。複合基板10を外部回路基板60に接合するときに、封止材54が干渉しないようにするためである。
また、封止材54が、主部22から露出している接続部材30の第2片36にまで濡れ広がると、第2片36にはんだが付かなくなり、外部回路基板60と接合できなくなる。これを防ぐため、第2片36やその周辺に、離型剤や撥水剤及びソルダレジストを塗布してもよい。
封止材54が硬化したら、基板本体12の他方主面12aに、はんだ、Ag等を含む導電性ペーストを印刷し、チップコンデンサ等のチップ状電子部品40を搭載して、リフローもしくは熱硬化して、あるいはICチップ等のチップ状電子部品42をはんだボール43を介してフリップチップボンディングして、チップ状電子部品40,42の端子と基板本体12の他方主面12aの端子とを接合する。必要に応じて、フリップチップボンディングしたチップ状電子部品42と基板本体12の他方主面12aとの間に、エポキシ系樹脂からなるアンダーフィル樹脂44を充填、熱硬化する。チップ状電子部品40,42の接合後に、洋白、りん青銅等からなる金属ケース19を、基板本体12の他方主面12a上又は側面に搭載し、接合する。
以上の工程で作製された複合基板10は、図2の要部拡大断面図に示されたように、外部回路基板60に実装する場合、主部22の基板本体12とは反対側に露出している接続部材30の第2片36を、プリント配線板等の外部回路基板60の接合用ランド等の表面電極62に、はんだ66を介して接合する。これによって、基板本体12の一方主面12bに設けられた端子18は、はんだ26、接続部材30、はんだ66を介して、外部回路基板60の表面電極62と電気的に接続される。
接続部材30は、中間片34が主部22の内部に配置されており、小片部品20で囲まれた領域側に接続部材30が露出しないので、基板本体12の一方主面12bへのチップ状電子部品50,55の搭載や、小片部品20の接合を容易に行うことができるため、加工時のマージン(余裕を持たせるための隙間)を小さくし、ひいては複合基板10を小型化することができる。
また、接続部材30は、2箇所の屈曲部33,35で折り曲げることにより、第1片32と第2片36とが対向する領域の外側に中間片34がはみ出ないようにすることができるので、小型化することができる。
複合基板10は、以下に説明するように熱応力や衝撃応力を緩和することができるため、接合信頼性を向上することができる。特に、基板本体12が、アルミナ基板などと比べて曲げ強度が低く、ガラス等を含み脆いセラミック多層基板の場合、熱応力や衝撃応力の緩和により、基板本体の破壊を防止する効果も大きい。
すなわち、接続部材30は、塑性変形するように折り曲げられた連続する金属端子であるので、XYZ方向のいずれにも弾性変形する。また、成形された樹脂、すなわち主部22と接続部材30とは基本的に接合しておらず、樹脂成形された後も、XYZ方向に自由に弾性変形する。
接続部材30が弾性変形可能であると、小片部品20を基板本体12に接合するときや、複合基板10を外部回路基板60に接合するときのリフロー、その後のヒートサイクル時の熱により、各部の線膨張係数αの差により熱応力が発生しても、弾性変形で熱応力を吸収することができる。同様に、落下衝撃時などの衝撃応力も、弾性変形で吸収することができる。そのため、接合信頼性が向上する。
接続部材を一箇所のみで屈曲させたり、円弧状に連続的に塑性変形させたりして、第1片と第2片とが対向する領域の外側に中間片がはみ出してしまうと、本体の小型化、ひいては複合基板10の小型化を阻害することがあるので、接続部材は複数箇所で折り曲げ、かつ、折り曲げ角度が略直角になることが好ましい。ただし、本発明は、屈曲部にアールがついたものを排除するものではない。
一方、接続部材に屈曲部を3箇所以上設け、中間片を、第1片と第2片とが対向する領域の内側に折り曲げるようにしてもよい。小型化を阻害しないためである。例えば接続部材の断面が略Σ字状になるように、中間片をく字状に折り曲げてもよい。屈曲部を増やことにより、各方向のばね定数の組み合わせを変えることができる。
接続部材30に用いる金属薄板の厚みは、50μm〜300μmが好ましい。
接続部材30に用いる金属薄板の厚みが50μm未満では、折り曲げ加工時のばらつきが大きくなり、第1片32や第2片36の位置や高さのばらつきが大きくなってしまう。第1片32や第2片36の位置や高さのばらつきが大きくなると、小片部品20と基板本体12との位置合わせ精度が低下する。小片部品20と基板本体12とを確実に接合するために、第1片32の位置ずれ分の余裕を見込んで、第1片32と接合する基板本体12の端子18を大きくすると、基板本体12の小型化、ひいては複合基板10の小型化を損ねる。
接続部材30の第1片32や第2片36の高さがばらつくと、例えば、基板本体12と小片部品20との間や、小片部品20と外部回路基板60との間のはんだ26,66の厚みがばらつき、接合信頼性が損なわれる。高さのばらつき分を見込んで高さマージンを大きくすると、複合基板10の低背化を阻害する。
さらに、熱応力や衝撃応力により、接続部材30の屈曲部33,35付近は繰り返し疲労を受けるが、厚みが小さいと疲労破壊しやすいため、接合信頼性を損ねる。
接続部材30に用いる金属薄板の厚みが300μmを越えると、折り曲げ加工が難しくなり、曲げ角度のばらつき、高さのばらつきが大きくなる。また、打ち抜きや折り曲げの間隔を小さくし、第1片32、中間片34、第2片36の長さ(第1片32、中間片34、第2片36が連続する方向の寸法)や幅(第1片32、中間片34、第2片36が連続する方向に直角方向の寸法)を小さくすることができないため、複合基板10の小型化、低背化を阻害する。
接続部材30は、金属薄板の折り曲げ加工以外の方法で形成することも考えられる。
しかし、例えばめっきにより形成する場合、スルーホール内にめっき液が残っていると、小片部品20を基板本体12に接合する工程や、複合基板10を外部回路基板60に接合する工程で、残っていためっき液が加熱され、気化して急激に膨張することによって、スルーホール付近に亀裂が発生したり、はんだにボイドが発生したりすることがある。接続部材30を金属薄板の折り曲げ加工で形成する場合には、このようなことがないため、接合信頼性を向上することができる。
また、スルーホールの穴あけを行い、内周面をめっきする場合には、スルーホールの直径は、例えば100μm以下にすると加工が困難になる。金属薄板の折り曲げ加工で接続部材30を形成する場合には、金属薄板の厚さを50μmまで小さくして容易に加工できる。また、穴の周囲に残すことが必要な寸法も、金属薄板の折り曲げ加工で接続部材30を形成する場合の方が、スルーホールの穴あけを行い、内周面をめっきする場合よりも小さくすることができる。したがって、接続部材30は、金属薄板の折り曲げ加工で形成することによって、容易に小型化することができる。
また、接続部材30を金属薄板の折り曲げ加工で形成し、それを被覆するように樹脂成形すると、工程が簡単になり、製造コストを低減することができる。
また、接続部材30に用いる金属薄板の材質は、めっきにより接続部材30を形成する場合よりも、選択の自由度が高い。主部22の樹脂と、接続部材30の金属とは、強固に接合されている必要はない。そのため、主部22に用いる樹脂の材質も、選択の自由度が高い。したがって、安価な材質、折り曲げやすい材質、成形しやすい材質を、高い自由度で選定することができ、工業上、有用である。
基板本体12に複数の小片部品20を接合する構成とすることで、基板本体12の反りが小さくなり、チップ状電子部品40,42,50,55の実装性・接合信頼性が良好である。複数の小片部品20の代わりに、枠状に一体となった部品を用いる場合と比較すると、複数の小片部品20にすれば、小片部品20ごとの体積が小さく、熱収縮が分散されて小さくなり、基板本体12に与える熱応力が、一体となった部品の場合よりも小さいためである。また、小片部品20間のギャップが基板本体12の反りを吸収する役割を果たすためである。
<実施例2> 実施例2の複合基板10aについて、図5を参照しながら説明する。図5(a)は複合基板10aの小片部品20aの断面図、図5(b)は複合基板10aと外部回路基板60との接合部分の拡大断面図である。
図5(a)及び(b)に示すように、実施例2の複合基板10aは、大略、実施例1の複合基板10と同様に構成されている。以下では、実施例1との相違点を中心に説明し、実施例1と同じ構成部分には同じ符号を用いる。
実施例2の複合基板10aは、小片部品20aの形状、より詳しくは、接続部材30aの第2片36aの形状が、実施例1の複合基板10と異なる。
図5(a)に示すように、小片部品20aの接続部材30aは、実施例1の接続部材30と同様に、中間片34の両端からそれぞれ第1片32と第2片36aとが連続しているが、実施例1の接続部材30とは異なり、第2片36aが主部22から離間し、基板本体12との間に、くさび状の空間22xが形成されている。第2片36aは、ばね性を有し、弾性変形することができる。例えば、第2片36aは、弾性変形によって、基板本体12と間になす角度が変わる。
図5(b)に示すように、接続部材30aの第2片36aは、外部回路基板60に接合された状態においても、くさび状の空間22xが形成されている。第2片36aは可動であるので、例えば衝撃荷重が作用したときに、接続部材30aの第2片36aが移動して、衝撃を吸収することができる。
小片部品20aは、例えば実施例1と同様に、基板本体12の一方主面12bにおいて周縁に沿って対称に配置され、対をなす小片部品20aの接続部材30の可動である第2片36同士が非平行となるようにすれば、どの方向の衝撃荷重に対しても、少なくとも一つの接続部材30の第2片36aが移動し、衝撃を効果的に吸収することができる。
小片部品20aは、実施例1と同様に、樹脂成形によって形成することができる。樹脂成形直後には、接続部材30aの第1片32及び第2片36aとモールド樹脂、すなわち主部22とは、樹脂成形時の加熱・加圧により主部22に一時的に仮圧着された状態である。しかし、機械的に接合されているわけではないので、接続部材30を形成するための金属薄板の帯状部が金型で切断される際の負荷・衝撃によって、接続部材30aの第2片36aは、容易に主部22から剥離する。切断時の負荷・衝撃により、接続部材30aの第2片36aが主部22から剥離した状態で塑性変形し、接続部材30aの第2片36aは、主部22から離間した状態を維持する。
接続部材30aの第2片36aは、外部回路基板60側に接合された場合には、表面実装型部品40,42,50,55、基板本体12、主部22、封止材54等の複合基板10の全部材質量に働く衝撃に対して衝撃緩和効果を発揮できるので、好ましい。
もっとも、主部22から離間する接続部材30aの第2片36aは、外部回路基板60側ではなく、基板本体12側に接合することもできる。その場合、複合基板10aの全質量ではなく、基板本体12及び基板本体12に搭載された部材19,40,42の質量に働く衝撃を緩和することができる。なお、主部22で囲まれた領域内に封止材54を充填する場合には、接続部材30aの第2片36aのばね性による衝撃緩和効果が発揮されるように、主部22が封止材54に接合されないようにする必要がある。
<実施例3> 実施例3の複合基板について、図6を参照しながら説明する。図6(a)は、実施例3の複合基板の小片部品20bの平面図である。図6(b)は、図6(a)の線B−Bに沿って見た側面図である。図6(c)は、図6(a)の線C−Cに沿って見た側面図である。
実施例3の複合基板は、大略、実施例1の複合基板10と同様に構成されているが、小片部品20bの構成が、実施例1の複合基板10と異なる。
小片部品20bは、図6(a)〜(c)に示すように、実施例1の複合基板10と同様に、中間片34bの両端からそれぞれ第1片32と第2片36とが連続している接続部材30bと、主部22bとを有する。
接続部材30bは、実施例1の接続部材30と異なり、小片部品20bで囲まれる領域側の主部22bの側面23bに沿って、中間片34bが延在しており、中間片34bは主部22bを貫通していない。主部22bの側面23bには、中間位置、すなわち主部22bの基板本体側の面22sと反対側の面22tとの間の中間位置に、接続部材30bの中間片34bの上を横断する突条25が形成され、中間片34bを主部22bに固定している。
このような構成の小片部品20bは、主部22bを成形するための金型に突条25を形成するための凹部を設けておき、実施例1と同様に、接続部材30を形成するための金属薄板とともに主部22bとなる部分を樹脂成形することにより、作製することができる。
図6(c)の断面図に示すように、接続部材30の中間片34の両端付近、すなわち、屈曲部33,35及びその近傍部分は、主部22bに埋め込まれずに片面だけが仮圧着された状態であるため、接続部材30の第1片32や第2片36の移動に伴って、容易に主部22bから離れることができる。接続部材30の第1片32や第2片36の可動範囲は、実施例1の場合よりも広くなるので、外部回路基板60のより大きな反りや衝撃や付加に対して、吸収効果を発揮することができる。
なお、接続部材30の第1片32及び第2片36が主部22bに仮圧着される面32k,36kと、中間片34が突条25に接する面34kとに予めレジストを塗布した状態で、主部22bをインサート成形すると、接続部材30が主部22bに仮圧着される力が弱くなり、接続部材30の第1片32及び第2片36が、容易に主部22bから離れるようにすることができる。
<実施例4> 実施例4の複合基板について、図7を参照しながら説明する。図7(a)は、実施例4の複合基板の小片部品20cの平面図である。図7(b)は、図7(a)の線B−Bに沿って見た側面図である。図7(c)は、図7(a)の線C−Cに沿って見た側面図である。
実施例4の複合基板は、大略、実施例1の複合基板10と同様に構成されているが、小片部品20cの構成が、実施例1の複合基板10と異なる。
小片部品20cは、図7(a)〜(c)に示すように、実施例1の複合基板10と同様に、中間片34cの両端からそれぞれ第1片32と第2片36とが連続している接続部材30cと、主部22cとを有する。接続部材30cの中間片34cは、主部22cに設けた突起部25cによって固定される。
接続部材30cの中間片34cには、図7(b)及び(c)に示されたように、貫通穴34xが設けられている。貫通穴34xは、樹脂成形の前に、接続部材30cを形成するための金属薄板に、金型打ち抜き・エッチングなどにより、設けておく。貫通穴34xは、1つである必要はなく、複数でもよい。また、貫通穴34xの形状は、円形、長穴、四角形等でもよい。貫通穴34xの位置は、中間片34cの中央部に近い方が、接続部材30cの可動範囲が広がるので好ましい。
突起部25cは、主部22cの樹脂成形時に接続部材30cの中間片34cの貫通穴34xを通った樹脂により、接続部材30cの中間片34cの上に半球状に形成される。なお、突起部25cの形状や個数は、接続部材30cの中間片34cに設ける貫通穴34xと同様に、図示例に限るものではく、適宜な形状、個数を選択することができる。
実施例4のように接続部材30cの中間片34cを主部22cの突起部25cで個別に固定すると、実施例3のように筋状の突条25で固定する場合と同様の効果が得られることに加え、実施例3の場合よりも主部22cに使用する樹脂を減らすことができる。
<実施例5> 実施例5の複合基板について、図8を参照しながら説明する。
実施例5の複合基板は、実施例1とは、小片部品20dの接続部材30dの形状が異なる。すなわち、接続部材30dは、第1片32dの先端31側が延長されており、第1及び第2の延長部31s,31tが断面略コ字状に折り曲げられている。延長部31s,31tは主部22の側面24に達し、第1の延長部31sが主部22の側面24に沿って延在し、主部22の側面24の中間位置から、第2の延長部31tが主部22の内部に食い込んでいる。そのため、接続部材30dは、先端31側と中間片34とが主部22の内部に保持され、主部22に沿って延在している第1片32dは、主部22から離間することが阻止され、主部22に対して強固に固着されている。
主部22の側面24にも接続部材30dの第1の延長部31sがあるので、基板本体12と小片部品20dとを接合する際に、はんだフィレットを形成でき、接合信頼性がより向上する。
実施例5の複合基板は、基板本体12と小片部品20dとの接合が強化され、より一体化されるので、衝撃荷重を接続部材30dの第2片36側で緩和し、基板本体12と小片部品20dとの間の接合部分に衝撃応力が生じないようにして、接合信頼性を向上することができる。
なお、接続部材30dの第1片32dの先端31側は、例えば主部22の基板本体側の面22sに食い込むように折り曲げてもよいが、この場合よりも、図8のように主部22の側面24に食い込むよう折り曲げる方が、接続部材30dの第1片32dが主部22により強固に固着される。
<実施例6> 実施例6の複合基板について、図9を参照しながら説明する。
図9(b)の断面図に示すように、実施例6の複合基板10sは、実施例1とは異なり、基板本体12xの一方主面12t側にキャビティ12qが設けられている。キャビティ12q内には、チップ状電子部品74が配置され、チップ状電子部品74の不図示の端子と基板本体12xの一方主面12tに設けられた不図示のパッドとがボンディングワイヤー76によって接続されている。チップ状電子部品74やボンディングワイヤー76、パッドは、封止材78で覆われ、封止されている。基板本体12xの他方主面12sにチップ状電子部品70,72を搭載してもよい。
キャビティ12qが設けられた基板本体12xの一方主面12tには、実施例1と同様に、一方主面12tの周縁に沿って小片部品20が配置され、小片部品20は、不図示の接続部材の第1片を介して、基板本体12xに接合されている。
図9(a)の断面図に示した比較例の複合基板10xの基板本体12yように、キャビティ12qの周囲に、外部回路基板と接続するための突出部12pを設けるように構成すると、基板本体12yの凹部が深くなり、形状も複雑になるため、基板本体12yに大きな反りやうねりが発生し、部品70,74,76と基板本体12yとの接合信頼性を確保することが難しくなる。
これに対して、図9(b)に示したように、基板本体12xに小片部品20を接合するように構成すると、基板本体12xの凹部を浅くすることができるので、基板本体12xに反りやうねりが発生しにくい。そのため、部品70,72,74の接合信頼性の確保が容易である。
図9(c)に断面図を示した複合基板10tのように、基板本体12yのキャビティ12qとは反対側の他方主面12sに、小片部品20が接合されるようにしてもよい。この場合、基板本体12yには、封止樹脂をせき止めるために突出部12pを設けておくことができる。基板本体12yのキャビティ12p側の主面12kに小片部品20を配置する余裕がなく、基板本体12yのキャビティ12pとは反対側の主面12sに小片部品20を配置する余裕がある場合などに、好適な構成である。
<まとめ> 以上説明したように、複合基板は、折り曲げられた接続部材が樹脂の主部で支持された小片部品を介して、複合基板を外部回路基板に接続することにより、簡単な構成で、接合部分の熱応力や衝撃応力を緩和することができる。
小片部品は構造が簡単であるため、量産性に優れる。すなわち、品質のばらつきが小さい。また、金型の低コスト化が可能であり、初期投資が少なくてもすむ。
小片部品は、枠状に一体化した部品と比べると、隣接する小片部品間の空間分の樹脂が必要ないため、樹脂の材料コストが低い。
さらに、基板本体がセラミック基板の場合、小片部品とセラミック基板とを接合しても、セラミック基板の反りが少ないため、セラミック基板に搭載する表面実装型部品の実装性・接合信頼性が良好である。これは、枠状に一体化した部品と比べると、小片部品は体積が少ないので、熱収縮量が小さいことや、小片部品間が離れており、反りに伴う変形を吸収する効果がことなどによる。
なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、種々変更を加えて実施可能である。
例えば、接続部材は、断面Z字状に折り曲げた形状であってもよい。基板本体は、小片部品に接続される複数の端子が同一平面上に設けられた基板であればよく、小片部品が接続される平面部分以外の部分に、凹部や凸部が設けられていても構わない。
(a)複合基板の全体構成を示す断面図、(b)複合基板が外部回路基板に接続された状態を示す断面図である。(実施例1) 複合基板と外部回路基板との接続部分の拡大断面図である。(実施例1) (a)は基板本体に小片部品が接合された状態を示す平面図、(b)は図3(a)の線B−Bに沿って切断した断面図である。(実施例1) (a)は図3(a)の要部拡大平面図、(b)は図3(b)の要部拡大断面図である。(実施例1) (a)小片部品の拡大断面図、(b)複合基板と外部回路基板との接続部分の拡大断面図である。(実施例2) (a)は小片部品の平面図、(b)は図6(a)の線B−Bに沿って見た側面図、(c)は図6(a)の線C−Cに沿って見た側面図である。(実施例3) (a)は小片部品の平面図、(b)は図7(a)の線B−Bに沿って見た側面図、(c)は図7(a)の線C−Cに沿って見た側面図である。(実施例4) 小片部品の断面図である。(実施例5) 複合部品の断面図である。(参考例、実施例5) 小片部品の斜視図である。(従来例1) 小片部品の要部断面図である。(従来例1) チップパッケージの断面図である。(従来例2)
符号の説明
10,10a,10x 複合基板
12,12x,12y 基板本体
12a 他方主面
12b 一方主面
12s 他方主面
12t 一方主面
18 端子
20,20a,20b,20c,20d 小片部品
22,22a,22b,22c,22d 主部
30 接続部材
32 第1片
34 中間片
36 第2片
40,42,50,55 チップ状電子部品

Claims (13)

  1. 少なくとも一方主面に端子を有する基板本体と、
    前記基板本体の前記一方主面に接合される複数の小片部品と、
    を備えた複合基板であって、
    前記小片部品は、
    絶縁材料からなる主部と、
    中間片の両端にそれぞれ第1片と第2片とが連続する接続部材と、
    を有し、
    前記小片部品の前記主部は、金型内に前記接続部材となる部分を挿入した状態で成形した樹脂であり、
    前記接続部材の前記第1片は、前記主部の前記基板本体側に露出して、前記基板本体の前記一方主面の前記端子に接合され、
    前記接続部材の前記第2片は、前記主部の前記基板本体とは反対側に露出し
    前記小片部品は、前記接続部材の前記第1片又は前記第2片の少なくとも一方が、前記主部から離間して可動であることを特徴とする複合部品。
  2. 前記接続部材の前記中間片は、
    前記主部の側面に沿って配置され、
    前記第1片側と前記第2片側との間の中間部分のみが、前記主部に固定されていることを特徴とする、請求項1に記載の複合基板。
  3. 前記接続部材の前記第1片は、前記中間片とは反対側の部分が前記主部に埋め込まれていることを特徴とする、請求項1に記載の複合部材。
  4. 前記基板本体の前記一方主面において、周縁に沿って前記小片部品が配置され、
    前記小片部品よりも内側に、チップ状電子部品が搭載されていることを特徴とする、請求項1〜のいずれか一項に記載の複合基板。
  5. 前記チップ状電子部品が樹脂で封止され、該樹脂と前記小片部品とが間隔を設けて離れていることを特徴とする、請求項に記載の複合基板。
  6. 前記小片部品の前記接続部材は、金属薄板の打ち抜き加工及び折り曲げ加工により形成されていることを特徴とする、請求項1〜のいずれか一項に記載の複合基板。
  7. 前記基板本体がセラミック基板であることを特徴とする、請求項1〜のいずれか一項に記載の複合基板。
  8. 前記基板本体は、1050℃以下で焼結する複数のセラミック層を積層してなるセラミック多層基板であることを特徴とする、請求項1〜のいずれか一項に記載の複合基板。
  9. 前記小片部品の前記接続部材の前記金属薄板は可撓性を有することを特徴とする、請求項に記載の複合基板。
  10. 前記接続部材の厚みは、50μm以上、かつ300μm以下であることを特徴とする、請求項1〜のいずれか一項に記載の複合基板。
  11. 前記基板本体の他方主面に、チップ状電子部品が搭載されていることを特徴とする、請求項1〜10のいずれか一項に記載の複合基板。
  12. 外部回路基板の端子に、請求項1〜11のいずれか一項に記載の複合基板の前記接続部材の前記第2片が接合されていることを特徴とする、複合部品。
  13. 少なくとも一方主面に端子が設けられた基板本体と、小片部品とを準備する第1の工程と、
    前記基板本体の前記一方主面に、前記小片部品を接合する第2の工程とを備えた、複合基板の製造方法であって、
    前記第1の工程において、
    前記小片部品は、
    絶縁材料からなる主部と、
    中間片の両端にそれぞれ第1片と第2片とが連続する接続部材と、
    を有し、
    前記小片部品の前記主部は、金型内に前記接続部材となる部分を挿入した状態で成形した樹脂であり、
    前記接続部材は、
    前記第1片及び第2片が前記主部の両主面にそれぞれ露出し、前記第1片又は前記第2片の少なくとも一方が、前記主部から離間して可動であり、
    前記第2の工程において、
    前記小片部品は、前記基板本体の前記一方主面の周縁に沿って配置され、
    前記小片部品の前記接続部材の前記第1片が、前記基板本体の前記一方主面に設けられた前記端子に接合されることを特徴とする、複合基板の製造方法。
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