JP6205031B2

JP6205031B2 - 電子機器及び電子機器の製造方法

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Publication number: JP6205031B2
Application number: JP2016152582A
Authority: JP
Inventors: 泰史道祖尾
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2016-08-03
Filing date: 2016-08-03
Publication date: 2017-09-27
Anticipated expiration: 2032-08-09
Also published as: JP2017011280A

Description

本発明は、裏面に電極を備えた電子部品と、絶縁性可撓基材に配線を形成した配線基板とを含む電子機器及び当該電子機器の製造方法に関する。

絶縁性基材の少なくとも一方の主面に配線を形成した配線基板の配線形成面上に電子部品を配置し、電子部品の電極を配線基板の配線に接続するとともに、電子部品と配線基板とを樹脂などの接着剤で固定する技術は広く知られている。例えば、特許文献１には、裏面に電極を備えた太陽電池セル（電子部品の一例）と配線基板とが接着剤で固定されている太陽電池が開示されている。

特開２００９−８８１４５号公報

特許文献１では、太陽電池セルの出力を外部に取り出すために、太陽電池セルの電極に配線基板の配線を接続し、その配線を太陽電池セルの外側（特許文献１の第４図の紙面上下方向）に引き出している。また、太陽電池セルの電極形成面と配線基板の配線形成面との間に接着剤が配置されることで太陽電池セルが配線基板に接着されて固定されている。したがって、配線は接着剤に接触している部分と接着剤に接していない部分とに分かれており、接着剤の有無の境界が配線上にできている。

この接着剤によって配線は配線基板の絶縁性基材とともに太陽電池セルに強固に接着されて固定されるため、接着剤に接している部分の配線は、接着剤に接している部分の配線に対応する部分の絶縁性基材とともに、温度変化や応力などによる伸縮や変形が抑制される。一方で、接着剤に接していない部分の配線は、接着剤に接していない部分の配線に対応する部分の絶縁性基材とともに、接着剤によって太陽電池セルに固定されていないので、温度変化や応力などによって比較的自由に伸縮や変形してしまう。

このため、温度変化や応力などによって配線に伸縮や変形が生じた場合に、配線が一様に変形せずに、特に接着剤の有無の境界部分に歪みが集中してしまい、この境界部分で配線が断線するおそれがあった。

本発明は、上記の状況に鑑み、耐久性の高い電子機器及び当該電子機器の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明に係る電子機器は、裏面に電極を備えた電子部品と、
絶縁性可撓基材の表面に配線を形成した配線基板とを含む電子機器であって、前記電子部品は前記配線基板に絶縁性の樹脂によって固定されており、前記樹脂の外縁形状を構成する２つの境界線の延長が交わる部分が、前記配線上に複数あり、前記２つの境界線の延
長が交わる部分のうち少なくとも１つが、前記２つの境界線の延長の交わる角度が９０度以下である構成とする。

本発明によると、樹脂の外縁線が位置している配線の部分が断線しにくくなるため、耐久性の高い電子機器及び当該電子機器の製造方法を実現することができる。

電子部品を配線基板に固定する前の状態における本発明の第１実施形態に係る電子機器を示す平面図である。電子部品を配線基板に固定する前の状態における本発明の第１実施形態に係る電子機器を示す断面図である。電子部品を配線基板に固定した後の状態における本発明の第１実施形態に係る電子機器を示す平面図である。電子部品を配線基板に固定した後の状態における本発明の第１実施形態に係る電子機器を示す断面図である。電子部品を配線基板に固定した後の状態における比較例の電子機器を示す平面図である。電子部品を配線基板に固定した後の状態における本発明の他の例に係る電子機器を示す平面図である。配線基板側に樹脂を設けてから電子機器を配線基板に固定する場合の電子部品を配線基板に固定する前の状態における本発明のさらに他の例に係る電子機器を示す平面図である。配線基板側に樹脂を設けてから電子機器を配線基板に固定する場合の電子部品を配線基板に固定する前の状態における本発明のさらに他の例に係る電子機器を示す断面図である。電子部品を配線基板に固定する前の状態における本発明の第２実施形態に係る電子機器を示す平面図である。本発明の第３実施形態に係る電子機器が備える裏面電極型太陽電池セルの模式的な縦断面図である。本発明の第３実施形態に係る電子機器が備える配線基板の模式的な縦断面図である。３つのセル配置部を備える配線シートの一例を示す模式的な平面図である。

本発明の実施形態について図面を参照して以下に説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、電子部品を配線基板に固定する前の状態における本発明の第１実施形態に係る電子機器を示す平面図である。また、図２は、電子部品を配線基板に固定する前の状態における本発明の第１実施形態に係る電子機器を示す電子部品の裏面と配線基板の表面とを対向させた状態での図１のＡ−Ａ断面での断面図である。

図３は、電子部品を配線基板に固定した後の状態における本発明の第１実施形態に係る電子機器を示す平面図である。また、図４は、電子部品を配線基板に固定した後の状態における本発明の第１実施形態に係る電子機器を示す図３のＡ−Ａ断面での断面図である。なお、図３においては、電子部品の２の本体などで隠れている配線４及び樹脂６の外縁線を点線で示している。

本発明の第１実施形態に係る電子機器は、裏面に電極１を備えた電子部品２と、絶縁性可撓基材３の表面に配線４を形成した配線基板５とを含んでいる。

本発明の第１実施形態に係る電子機器は、例えば、図１及び図２に示すように、電子部品２の裏面に絶縁性の樹脂６を印刷によって配置し、電子部品２の裏面に電極１を覆うように半田などの導電性材料７を配置する。なお、隣接する電極１同士が導電性材料７によって導通することを防止するために、樹脂６が導電性材料７を囲むようにしている。

導電性材料７の融点温度以上の温度条件下で、樹脂６が印刷された電子部品２の樹脂配置面（裏面）と配線基板５の配線面（表面）とを貼り合わせて電子部品２を配線基板５に固定すると、図１及び図２の状態から導電性材料７が変形して図３及び図４の状態になる。

図３から分かるように、樹脂６の外縁形状は、配線４上に位置する部分において角部を有している。このように、樹脂６の外縁形状が配線４上に位置する部分において角部を有していることで、角部を境に少なくとも２方向以上からの応力（例えば図３に示すσ１及びσ２）が樹脂６の外縁線が位置している配線４の部分にかからない限り、配線４が完全に断線することはないので、配線４の断線が起きにくくなる。

また、樹脂６の外縁形状が配線４上に位置する部分において角部を有していることで、配線４上に位置する樹脂６の外縁線の長さが長くなり、単位長当たりにかかる応力を減少させることができ、配線４の断線が起きにくくなる。さらに、本実施形態のように、配線４は帯状であり、樹脂６の外縁形状が配線４の幅方向の中央部上に位置する部分において角部を有するようにすることで、角部を境とした２つの樹脂６の外縁線の長さを概ね等しくすることができ、断線に対して弱くなる応力の方向ができにくくなる。

上記の通り、樹脂６の外縁形状が配線４上に位置する部分において角部を有していることで、本発明の第１実施形態に係る電子機器の耐久性が向上する。

これに対して、図５に示す比較例のように、樹脂６の外縁形状が配線４上に位置する部分において角部を有していなければ、１方向からの応力（例えば図５に示すσ３）が樹脂６の外縁線が位置している配線４の部分にかかっても、配線４が完全に断線するおそれがあるので、配線４の断線が起きやすくなる。

なお、本発明に係る電子機器では、前記樹脂の外縁形状が配線上に位置する部分において有する角部の角度を９０度以下とする。本実施形態では、図３に示すように６０度としている。

角部の角度が例えば９０度である場合には、配線４上の樹脂６の外縁線を成す一辺に対して配線４を伸縮させる方向と配線４上の樹脂６の外縁線を成す他の辺とが平行になるため、配線４上の樹脂６の外縁線を成す一辺に対して配線４を伸縮させる方向の応力は、配線４上の樹脂６の外縁線を成す他の辺に対しては配線を伸縮させる方向の応力にはならず、配線４上の樹脂６の外縁線を成す２つの辺が位置する部分が断線することを効果的に抑制できる。さらに、角部の角度を９０度よりも小さい角度とすれば、配線４上の樹脂６の外縁線を成す一辺に対して配線４を伸縮させる方向の応力が、配線４上の樹脂６の外縁線を成す他方の辺に対して配線４を伸縮させる方向の応力の一部を打ち消すことになり、様々な方向から配線４にかかり得る応力に対して、配線４上の樹脂６の外縁線を成す２つの辺が位置する部分が断線することを効果的に抑制できる。さらに、角部の角度を９０度よりもより小さい角度とすることで、配線４上に位置する樹脂６の外縁線の長さをより長くすることができるので、配線４の単位長当たりにかかる応力を減少させることができ、配線４の断線が起きにくくなる。たとえば、図３に示す配線４上に位置する樹脂６の外縁線の長さは、図５に示す配線４上に位置する樹脂６の外縁線の長さに比べて、２倍とすることができる。実際に、本発明に係る電子機器と図５に示す比較例とに対して冷熱温度サイクル試験を実施したところ、図５に示す比較例では一部のサンプルで配線４が完全に断線したのに対し、本発明に係る電子機器では配線４が完全に断線したサンプルはなかった。

また、本発明に係る電子機器では、樹脂６の外縁線と配線４の外縁線とが斜めに交差することが望ましい。角部の角度が９０度以下であり、角部を境とした２つの樹脂６の外縁線の長さを概ね等しくするために、樹脂６の外縁形状が配線４の幅方向の中央部上に位置する部分において角部を有するようにして、さらに角部を配線４の幅方向に対して左右対称にすることが望ましいことから、樹脂６の外縁線と配線４の外縁線との交差角度であって、配線４上に樹脂６が配置されていない部分の交差角度が４５度以下であることがより望ましい。本実施形態では、樹脂６の外縁線と配線４の外縁線との交差角度であって、配線４上に樹脂６が配置されていない部分の交差角度が図３に示すように３０度である。

樹脂６の外縁線と配線４の外縁線とが交差する部分にかかるせん断応力によって配線４の外縁線に切れ目や裂け目が発生する可能性があるが、樹脂６の外縁線と配線４の外縁線とが斜めに（非直角で）交差することで、せん断応力が樹脂６の外縁線と配線４の外縁線とが交差する部分にかかっても、交差する部分の配線６の断面積が他の配線６の断面積よりも小さくなることから、交差する部分の配線６が他の配線６の部分よりも変形しやすくなり、その変形によって樹脂６の外縁線と配線４の外縁線とが交差する部分にかかるせん断応力を吸収しやすくなるため、切れ目や裂け目を発生しにくくすることができる。このため、本発明の第１実施形態に係る電子機器は、図６に示す例に比べて、せん断応力が配線４にかかる場合に樹脂６の外縁線と配線４の外縁線とが交差する部分に切れ目や裂け目を発生しにくい。一方で、図６に示す例では、配線４上に位置する樹脂６の外縁形状が複数の角部を有している。このようにすることで、複数の角部を境に少なくともさらに多方
向からの応力に対して、配線４が完全に断線することを防ぐことが出来る。したがって、配線４上に位置する樹脂６の外縁形状において、角部を配置する数や形状、そして、樹脂６の外縁線と配線４の外縁線とが交差する角度は、配線４にかかる応力の方向と強度や、配線４の弾性率や加工硬化のしやすさ等から、適宜決めればよい。また、配線４上に位置する樹脂６の外縁形状が複数の角部を有しながら、樹脂６の外縁線と配線４の外縁線とが斜めに交差するようにするために、図６に示す例のさらなる変形例として、配線４上に位置する樹脂６の外縁形状が、Ｗ字状などとすることもできる。

１つの配線基板に複数の電子機器を配置するような場合には、配線基板のサイズが大きくなり配線基板に一度に樹脂を位置精度良く配置することが難しいので、本実施形態のように電子機器側に樹脂を設けてから電子機器を配線基板に固定することが望ましい。

一方、配線基板に樹脂を配置する位置精度に問題がなければ、本実施形態とは異なり、配線基板側に樹脂を設けてから電子機器を配線基板に固定してもよい。

図７は、この場合の電子部品を配線基板に固定する前の状態における本発明のさらに他の例に係る電子機器を示す平面図である。また、図８は、この場合の電子部品を配線基板に固定する前の状態における本発明のさらに他の例に係る電子機器を示す電子部品の裏面と配線基板の表面とを対向させた状態での図７のＡ−Ａ断面での断面図である。

また、この場合、例えば、樹脂の形状パターンを画像認識しながら電子部品を配線基板上の所定の位置に配置することができる。すなわち、樹脂の形状パターンを位置合わせに用いることができる。

＜第２実施形態＞
図９は、電子部品を配線基板に固定する前の状態における本発明の第２実施形態に係る電子機器を示す平面図である。

本発明の第２実施形態に係る電子機器は、樹脂６の角部が弧状に形成されており、樹脂６の角部と角部とを繋ぐ連結部分が弧状に形成されている点で、本発明の第１実施形態に係る電子機器と異なっている。本発明の第１実施形態に係る電子機器のように角部が尖っていると、その箇所に応力が集中しやすくなり、角部を起点として配線が裂けやすくなる可能性がある。これに対して、本実施形態に係る電子機器のように角部を弧状にすることで、角部への応力集中を防止できるので、配線４の断線をより抑制できる。

＜第３実施形態＞
電子部品２は、基板にバンプ接続される集積回路チップなどであっても構わないが、本実施形態では、電子部品２を裏面電極型太陽電池セルにする。図１０は、本実施形態の電子機器が備える裏面電極型太陽電池セル２０の模式的な縦断面図である。

裏面電極型太陽電池セル２０は、例えばｎ型またはｐ型の導電型を有するシリコン基板などの半導体基板２１と、裏面電極型太陽電池セル２０の受光面となる半導体基板２１の凹凸形状の表面上に形成される反射防止膜２２と、裏面電極型太陽電池セル２０の裏面となる半導体基板２１の裏面上に形成される絶縁膜２３と、第１導電型用電極２４と、第２導電型用電極２５とを備えている。第１導電型及び第２導電型は、いずれか一方をｐ型とし、他方をｎ型にするとよい。また、絶縁膜２３はパッシベーション膜としての機能を有していても良い。

半導体基板２１の裏面には、第１導電型不純物が拡散して形成された第１導電型不純物拡散領域２６と、第２導電型不純物が拡散して形成された第２導電型不純物拡散領域２７
とが所定の間隔を空けて交互に形成されている。第１導電型用電極２４と第１導電型不純物拡散領域２６とは絶縁膜２３に設けられたコンタクトホールを介して接続されている。同様に、第２導電型用電極２５と第２導電型不純物拡散領域２７とは絶縁膜２３に設けられたコンタクトホールを介して電気的に接続されている。

本実施形態では、配線基板を配線シートにする。図１１は、本実施形態の電子機器が備える配線シート５０の模式的な縦断面図である。

配線シート５０は、絶縁性可撓基材５１と、絶縁性可撓基材５１の表面上に配置された第１配線５２及び第２配線５３とを備えている。第１配線５２は第１導電型用電極２４に対応しており、第２配線５３は第２導電型用電極２５に対応している。このように、絶縁性可撓基材の表面上に配線を備えた配線シートでは、温度変化によって絶縁性可撓基材が伸縮するため、絶縁性可撓基材が伸縮する際の応力が樹脂の外縁部に位置する配線にかかる可能性が高い。したがって、上記の実施形態を配線シートに適用することで、配線の断線を効果的に防止できる。

なお、樹脂６の外縁形状、導電性材料７などについては、第１実施形態あるいは第２実施形態と同様にすればよいので、ここでは説明を省略する。

＜その他＞
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。

上述した実施形態では、１つの配線基板に対して１つの電子部品を固定する形態であったが、当然の事ながら、１つの配線基板に対して複数の電子部品を固定する形態であってもよい。例えば、１つの配線シートに３つの裏面電極型太陽電池セルを接続する場合には、配線シートを図１２に示す例のように３つのセル配置部５４を備える構成とする。この場合、裏面電極型太陽電池セル（電子部品の一例）の表面側から見て、隣接する前記裏面電極型太陽電池セル同士の間に、すなわち、隣接するセル配置部５４同士の間に配線シートの配線が形成されている部分が存在する。当該部分の配線の両側には、セル配置部５４において樹脂の外縁線が配線上に位置する部分に存在するため、上述した実施形態のように片側のみに樹脂の外縁線が配線上に位置する部分に存在する場合に比べて、断線の可能性が高くなるので、断線を抑制する本発明の適用がより一層効果的である。

１電極
２電子部品
３絶縁性可撓基材
４配線
５配線基板
６樹脂
７導電性材料
２０裏面電極型太陽電池セル
２１半導体基板
２２反射防止膜
２３絶縁膜
２４第１導電型用電極
２５第２導電型用電極
２６第１導電型不純物拡散領域
２７第２導電型不純物拡散領域
５０配線シート
５１絶縁性可撓基材
５２第１配線
５３第２配線
５４セル配置部

Claims

裏面に電極を備えた電子部品と、
絶縁性可撓基材の表面に配線を形成した配線基板とを含む電子機器であって、
前記電子部品は前記配線基板に絶縁性の樹脂によって固定されており、
前記樹脂の外縁形状を構成する２つの境界線の延長が交わる部分が、前記配線上に複数あり、
前記２つの境界線の延長が交わる部分のうち少なくとも１つが、前記２つの境界線の延長の交わる角度が９０度以下である、電子機器。
前記配線は帯状であり、
前記樹脂の外縁形状は、前記配線の幅方向の中央部上に位置する部分において前記２つの境界線の延長が交わる部分を有している、請求項１に記載の電子機器。
前記樹脂の全てが前記電子部品の裏面の領域内に配置されている、請求項１又は２のいずれかに記載の電子機器。
前記電子部品を複数備え、
前記電子部品の表面側から見て、隣接する前記電子部品同士の間に前記配線基板の前記配線が形成されている部分が存在する、請求項３に記載の電子機器。