JP5121149B2 - 部品内蔵型プリント基板、プリント基板、電子機器、および電子部品 - Google Patents

Description

本発明は、部品内蔵型プリント基板、プリント基板、電子機器、および電子部品に係り、特に、チップ型電子部品等を実装する部品内蔵型プリント基板、プリント基板、電子機器、およびこれらに実装される電子部品に関する。

今日、パーソナルコンピュータ、ＤＶＤ等の各種映像音声機器、携帯電話等の通信機器等、様々な分野の各種電子機器において、小型軽量化・薄型化が強く求められている。

これを受けて、抵抗器やコンデンサ等の電子部品自体の小型化や、プリント基板の小型実装技術等の開発が進められてきている。

例えば、今日の電子機器では、表面実装型の電子部品を用いて表面実装プリント基板へ電子部品を実装する形態が多く採られているが、電子部品の実装密度をさらに向上させる技術として部品内蔵型プリント基板が注目されている。

部品内蔵型プリント基板では、チップ抵抗器やチップコンデンサ等のチップ型電子部品や半導体ＩＣを樹脂層に埋め込み、この樹脂層の上下からプリント基板をサンドイッチ状に圧接することによって、２層或いはそれ以上の多層プリント基板を形成する。チップ型電子部品をプリント基板の間の樹脂層に内蔵するため、高密度実装化が図れると共に、電子部品の配線距離が短縮できるため、高速処理等の電気的性能向上にも寄与する技術である。

他方、電子部品の発熱量も増加してきている。このため、薄型化された電子部品の熱による変形（反り）或いは破壊（割れ）等が問題となってきている。この問題に対処するため、例えば、特許文献１には、ＩＣパッケージのセラミック基板の４隅に対して、面取りや曲面加工を行うことでセラミック基板の反りを低減することができる、とする技術が開示されている。
特開平１１−２６５９６２号公報

上述したように、部品内蔵型プリント基板では、チップ型電子部品や半導体ＩＣを樹脂層に埋めこむことで、これらの電子部品を固定すると共に外周雰囲気から保護している。

また、表面実装型のプリント基板であっても、表面実装部品の接合強度を増加させ、かつ外気から保護するために、表面実装部品を封止する樹脂層を形成する形態が採られることがある。

一般に、電子部品の熱膨張率と、電子部品の周囲を覆う樹脂層の熱膨張率とは異なる。このため、電子部品と樹脂層に熱応力が生じるが、特に、電子部品の外周の角部には応力集中が発生する。この結果、電子部品の角部に接する樹脂層に割れ等が生じ、最終的には電子部品と樹脂層との間で剥離が発生するという問題がでてくる。樹脂層の剥離によって、本来この樹脂層で保護されるべき電子部品の信頼性が低下するとことになる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、樹脂層と電子部品との間の剥離を防止し、電子部品の高い信頼性を維持することができる部品内蔵型プリント基板、プリント基板、電子機器、および電子部品を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る部品内蔵型プリント基板は、第１の基板と、第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に充填されるとともに、前記第１の基板と前記第２の基板との間に実装される電子部品の外周を覆った樹脂層と、を備え、前記電子部品は、両端の外周形状が其々半球状に形成されたことを特徴とする。

本発明に係る部品内蔵型プリント基板、プリント基板、電子機器、および電子部品によれば、樹脂層と電子部品との間の剥離を防止し、電子部品の高い信頼性を維持することができる。

本発明に係る部品内蔵型プリント基板、プリント基板、電子機器、および電子部品の実施形態に付いて、添付図面を参照して説明する。

（１）電子部品
図１（ｃ）および（ｄ）は、第１の実施形態に係る電子部品１０の外観の一例を示す図であり、図１（ｃ）が平面図を、また図１（ｄ）が側面図を示している。第１の実施形態に係る電子部品は、例えば、チップ型コンデンサ、或いはチップ型抵抗器等のチップ型受動電子部品１０であり、両端に２つの電極を備える形態の電子部品である。

一方、図１（ａ）および（ｂ）は、従来型のチップ型受動電子部品１００の外観の一例を示す図であり、図１（ａ）が平面図を、また図１（ｂ）が側面図を示している。

チップ型受動電子部品１００は、中央部に方形状の受動素子本体１０２（例えば、コンデンサ本体や抵抗器本体）を有し、受動素子本体１０２の両端に導電性金属等で形成される方形状の電極１０１を備えている。

チップ型受動電子部品１００の寸法（ａ×ｂ）はある程度標準化されており、例えば、３．５ｍｍ×２．８ｍｍ、１．０ｍｍ×０．５ｍｍ、０．６ｍｍ×０．３ｍｍ等である。

チップ型受動電子部品１００を、表面実装型のプリント基板に実装する場合は、チップ型受動電子部品１００をプリント基板にマウントし、プリント基板に設けられる電極パッドとチップ型受動電子部品１００の電極１０１とを半田ペースト等で接合する。

また、チップ型受動電子部品１００を外気等から保護する目的や、チップ型受動電子部品１００とプリント基板との接合強度を高める目的で、チップ型受動電子部品１００の上からチップ型受動電子部品１００を覆うように樹脂層を形成し、チップ型受動電子部品１００を樹脂封止する場合もある。

他方、近時、部品内蔵型プリント基板と呼ばれる実装形態が出現してきている。部品内蔵型プリント基板では、複数枚、例えば２枚のプリント基板の間に樹脂層をサンドイッチ状に形成し、この樹脂層の内部に電子部品を埋め込んでいる。

部品内蔵型プリント基板では、２枚のプリント基板の各々の外側の面に電子部品を実装できることに加えて、内側の面（樹脂層に臨む面）にも電子部品を実装することができる。このため、電子部品の実装密度が向上する。また、電子部品間の配線距離を短縮することが可能となり、電気的な特性も改善される。

ところで、従来型のチップ型受動電子部品１００を部品内蔵型プリント基板の樹脂層に埋め込む形態や、チップ型受動電子部品１００を樹脂封止する形態においては、次のような問題がある。

即ち、チップ型受動電子部品１００の熱膨張率と樹脂層の熱膨張率とは一般に異なるため、両者の熱膨張率の差に起因する熱応力が樹脂層、およびチップ型受動電子部品１００の内部に発生する。このとき、チップ型受動電子部品１００の外周形状に不連続点、例えば鋭角状の角部等、があった場合、この不連続点に応力集中が生じる。

この結果、チップ型受動電子部品１００の外周形状の不連続点において大きな歪が発生し、場合によっては、樹脂層が破壊し、樹脂層とチップ型受動電子部品１００との間で剥離が生じるという問題が発生する。

具体的には、図１（ａ）又は図１（ｂ）において、電極１０１の外周の角部１０３に応力集中が生じ、この角部１０３の近傍から樹脂層の剥離が発生しやすくなる。

また、受動素子本体１０２と電極１０３との境界部の不連続点１０４においても応力集中が生じ、この不連続点１０４の近傍から樹脂層の剥離が発生しやすくなる。

チップ型受動電子部品１００と樹脂層との間で剥離が発生すると、チップ型受動電子部品１００に対する保護機能が低下すると共に、チップ型受動電子部品１００とプリント基板との接合強度を高めるという目的も十分達成することができなくなり、ひいてはチップ型受動電子部品１００の実装信頼性の低下をもたらすこととなる。

本発明のポイントは、チップ型受動電子部品１００の外周形状の不連続点を可能な限り排除し、不連続点における応力集中を低減し、チップ型受動電子部品１００と樹脂層との剥離の発生を防止する点にある。

図１（ｃ)、および（ｄ）は、本発明の実施形態に係るチップ型受動電子部品１０の外観例を示す図であり、上記のような観点から、外周形状の不連続点を排除し、外周形状が曲面状となるように形成したものである。

本実施形態に係るチップ型受動電子部品１０の基本的な構成は従来型のチップ型受動電子部品１００と同様に、受動素子本体１２と電極１１とで構成されるものである。

従来型のチップ型受動電子部品１００との相違点は、電極１１の形状に有る。本実施形態に係る電極１１は、角柱状の接合部１１ｂと、これにほぼ連続的に連なる略半球状の電極本体１１ａとで構成される。このような形状に電極１１を形成することによって、従来型の電極１０１が有している角部１０３のような不連続点を排除している。

さらに、角柱状の接合部１１ｂの外径と受動素子本体１２の外径とを略同一とすることで、従来型のチップ型受動電子部品１００が有していた受動素子本体１０２と電極１０１との境界部の不連続点１０４を排除している。

本実施形態に係るチップ型受動電子部品１０の形状は、図１（ｃ）および（ｄ）に例示した形状そのままに限定されるものではない。例えば、従来型のチップ型受動電子部品１００の角部１０３の部分を曲面状に面取りした形態でも良い。この形態でも、曲面状の面取りによって角部１０３の不連続点がなくなり、応力集中を回避することができる。

また、図１（ｃ）および（ｄ）に例示した形状に対して、さらに外周の不連続点を少なくする形状としてもよい。例えば、接合部１１ｂの外周形状を、角柱状ではなく、さらに円筒状の形状とすることで、接合部１１ｂと半球状の電極本体１１ａとの境界部の連続性が改善される。

また、受動素子本体１２の形状も、例えば、従来型の方形状から円筒状の形状とすることで、円筒状の接合部１１ｂと受動素子本体１２との境界部の連続性がさらに改善される。

図２（ｃ）および（ｄ）は、第２の実施形態に係る電子部品２０の外観の一例を示す図であり、図２（ｃ）が平面図を、また図２（ｄ）が側面図を示している。第２の実施形態に係る電子部品２０は、例えば、ＣＰＵ等の半導体ＩＣパッケージ部品２０であり、パッケージ本体２１と接続部２２を備えて構成されている。半導体ＩＣパッケージ部品２０は、例えばＢＧＡ（Ball Grid Array）タイプのパッケージであり、接続部２２は、多数の半田ボールが格子アレイ状に配列されている。

一方、図２（ａ）および（ｂ）は、従来型の半導体ＩＣパッケージ部品２００の外観の一例を示す図であり、図２（ａ）が平面図を、また図２（ｂ）が側面図を示している。

従来型の半導体ＩＣパッケージ部品２００のパッケージ本体２０１は、通常、扁平状の方形状をなしており、その４隅の角部２０３は直角状の不連続点を形成している。

このため、従来型の半導体ＩＣパッケージ部品２００を、部品内蔵型プリント基板の樹脂層に埋め込んだ場合や、半導体ＩＣパッケージ部品２００の上から樹脂封止した場合には、前述のチップ型受動電子部品１００と同様に、パッケージ本体２０１と樹脂層との熱膨張率の差異に起因して外周の不連続点（角部２０３）に応力集中が生じることになる。この結果、角部２０３の近傍で樹脂層の破壊が生じ、半導体ＩＣパッケージ部品２００と樹脂層との間で剥離が発生しやすくなる。

そこで、本実施形態に係る電子部品２０（半導体ＩＣパッケージ部品２０）では、パッケージ本体２１の４隅を曲面状に形成することで、応力集中を低減させる形態としている。

具体的には、図２（ｃ）に例示したように、パッケージ本体２１の水平方向の角部に水平曲面部２１ａを設けると共に、図２（ｄ）に例示したように、パッケージ本体２１の垂直方向の角部にも垂直曲面部２１ｂを設ける形態としている。

この結果、パッケージ本体２１の角部における応力集中が低減され、樹脂層の破壊やそれに起因するパッケージ本体２１と樹脂層との剥離を防止することができる。

（２）プリント基板
図３は、第１の実施形態に係るプリント基板３０（部品内蔵型プリント基板３０）の構造を模式的に示す断面図である。

部品内蔵型プリント基板３０は、図３において下方に配設される第１の基板３３と、図３において上方に配設される第２の基板３１と、第１の基板３３と第２の基板３１との間に充填される樹脂層３２と、電子部品１０とを備えて構成されている。この部品内蔵型プリント基板３０に内蔵される電子部品１０（チップ型受動電子部品１０）は、樹脂層３２に埋め込まれるようにして第１の基板３３と第２の基板３１との間に実装される。

なお、図３では構造を模式的に説明するためにチップ型受動電子部品１０が１つだけ内蔵された図となっているが、実際には複数の電子部品が内蔵される。また、第１の基板３３、および第２の基板３１の外側の面には、通常の基板と同様に各種の電子部品、例えば表面実装部品が実装されるが、図３ではこれらの電子部品の図示を省略している。

内蔵される電子部品１０は、図１（ｃ）および（ｄ）に示したチップ型受動電子部品１０であり、外周形状が曲面状に形成され、外周の不連続点が極力排除された形状の電子部品となっている。

部品内蔵型プリント基板３０に実装される各種の電子部品に通電されると、部品内蔵型プリント基板３０の温度は上昇し、内蔵されているチップ型受動電子部品１０と樹脂層３２は過熱される。この際、チップ型受動電子部品１０と樹脂層３２の熱膨張率は通常異なるため、チップ型受動電子部品１０と樹脂層３２には熱応力（熱ひずみ）が発生する。

このとき、従来型のチップ型受動電子部品１００では、４隅等に外周形状の不連続点があるため、この不連続点において応力集中が発生し、不連続点の近傍で樹脂層３２の破壊や剥離が生じる可能性があった。

これに対して、本実施形態に係る部品内蔵型プリント基板３０では、内蔵する部品の外周形状が曲面状に形成されているため、応力が分散し応力集中が発生しにくい形状となっている。このため、チップ型受動電子部品１０の外周近傍における樹脂層３２の破壊や剥離を防止することができる。

図４は、第２の実施形態に係るプリント基板４０の構造を模式的に示す断面図である。第２の実施形態に係るプリント基板４０は、通常の表面実装基板４２に電子部品１０（チップ型受動電子部品１０）を実装した後に、樹脂層４１でチップ型受動電子部品１０を封止する形態のものである。

この場合にも、４隅等に外周形状の不連続点がある従来のチップ型受動電子部品１０では、不連続点の近傍で樹脂層４１の破壊や剥離が生じる可能性があった。

これに対して、第２の実施形態に係るプリント基板４０では、実装するチップ型受動電子部品１０の外周形状を曲面状に形成することで、応力集中が低減され、チップ型受動電子部品１０の外周近傍における樹脂層４１の破壊や剥離を防止することができる。

図５は、第２の実施形態に係るプリント基板４０ａに、半導体ＩＣパッケージ部品２０を実装した形態の構造を模式的に示す断面である。

図２に示したように、半導体ＩＣパッケージ部品２０は、水平方向の４隅２１ａ、および垂直方向の４隅２１ｂが曲面状となるように形成されている。このため、従来の半導体ＩＣパッケージ部品２００のように４隅に応力集中が発生することがなく、樹脂層４１の破壊や剥離を防止することができる。

（３）電子機器
本実施形態に係る電子機器（図示を省略）は、上述した部品内蔵型プリント基板３０やプリント基板４０を少なくとも収容する電子機器であり、その具体的な種類や構造を限定するものではない。例えば、部品内蔵型プリント基板３０やプリント基板４０を収容するパーソナルコンピュータ等の情報処理装置や、ＤＶＤ記録再生装置等のＡＶ装置等である。

これらの電子機器に収容する部品内蔵型プリント基板３０やプリント基板４０は、チップ型受動電子部品１０や半導体ＩＣパッケージ部品２０の外周形状が曲面状に形成されており、これらを覆う樹脂層の破壊や剥離が防止されるため、電子機器全体として高い信頼性を維持することができる。

以上説明したように、本実施形態に係る電子部品、プリント基板、プリント基板を収容する電子機器によれば、樹脂層に覆われる電子部品の角部に生じる応力集中を緩和することで、樹脂層と電子部品との間の剥離を防止し、高い信頼性を維持することができる。

なお、本発明は上記の各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせても良い。

（ｃ）および（ｄ）は、本発明に係る電子部品の第１の実施形態（チップ型受動電子部品）の外観例を示す図であり、（ａ）および（ｂ）は、従来型の電子部品（チップ型受動電子部品）の外観例を示す図。 （ｃ）および（ｄ）は、本発明に係る電子部品の第２の実施形態（半導体ＩＣパッケージ部品）の外観例を示す図であり、（ａ）および（ｂ）は、従来型の電子部品（半導体ＩＣパッケージ部品）の外観例を示す図。 本発明に係るプリント基板の第１の実施形態（部品内蔵型プリント基板）の構造を模式的に示す断面図。 本発明に係るプリント基板の第２の実施形態の構造を模式的に示す第１の断面図。 本発明に係るプリント基板の第２の実施形態の構造を模式的に示す第２の断面図。

符号の説明

１０ 電子部品（チップ型受動電子部品）
１１ 電極
１１ａ 電極本体
１１ｂ 接合部
１２ 受動素子本体
２０ 電子部品（半導体ＩＣパッケージ部品）
２１ パッケージ本体
２１ａ 水平曲面部
２１ｂ 垂直曲面部
２２ 接続部
３０ プリント基板（部品内蔵型プリント基板）
３１ 第２の基板
３２ 樹脂層
３３ 第１の基板
４０、４０ａ プリント基板
４１ 樹脂層
４２ 表面実装基板

Claims (8)

1. 第１の基板と、
   第２の基板と、
   前記第１の基板と前記第２の基板との間に充填されるとともに、前記第１の基板と前記第２の基板との間に実装される電子部品の外周を覆った樹脂層と、
   を備え、
   前記電子部品は、両端の外周形状が其々半球状に形成されたことを特徴とする、部品内蔵型プリント基板。
2. 前記電子部品は、円筒形状の受動素子本体と前記受動素子本体の両端に２つの電極を有するチップ型受動電子部品であり、
   前記各電極は、前記受動素子本体と連続的に連なる円筒形状の接合部と、前記接合部と連続的に連なる半球形状の電極本体とから構成されることを特徴とする請求項１に記載の部品内蔵型プリント基板。
3. 部品内蔵型プリント基板を具備する電子機器において、
   前記部品内蔵型プリント基板は、
   第１の基板と、
   第２の基板と、
   前記第１の基板と前記第２の基板との間に充填されるとともに、前記第１の基板と前記第２の基板との間に実装される電子部品の外周を覆った樹脂層と、
   を備え、
   前記電子部品は、両端の外周形状が其々半球状に形成されたことを特徴とする、電子機器。
4. 前記電子部品は、円筒形状の受動素子本体と前記受動素子本体の両端に２つの電極を有するチップ型受動電子部品であり、
   前記各電極は、前記受動素子本体と連続的に連なる円筒形状の接合部と、前記接合部と連続的に連なる半球形状の電極本体とから構成されることを特徴とする請求項３に記載の電子機器。
5. 基板と、
   前記基板に実装される電子部品の外周を封止する樹脂層と、
   を備え、
   前記電子部品は、両端の外周形状が其々半球状に形成されたことを特徴とする、プリント基板。
6. 前記電子部品は、円筒形状の受動素子本体と前記受動素子本体の両端に２つの電極を有するチップ型受動電子部品であり、
   前記各電極は、前記受動素子本体と連続的に連なる円筒形状の接合部と、前記接合部と連続的に連なる半球形状の電極本体とから構成されることを特徴とする請求項５に記載のプリント基板。
7. 第１の基板、第２の基板、および前記第１の基板と前記第２の基板との間を充填する樹脂層を具備する部品内蔵型プリント基板に内蔵される電子部品において、
   前記電子部品は、両端の外周形状が其々半球状に形成されたことを特徴とする、電子部品。
8. 前記電子部品は、円筒形状の受動素子本体と前記受動素子本体の両端に２つの電極を有するチップ型受動電子部品であり、
   前記各電極は、前記受動素子本体と連続的に連なる円筒形状の接合部と、前記接合部と連続的に連なる半球形状の電極本体とから構成されることを特徴とする請求項７に記載の電子部品。

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