JP7013323B2 - 回路装置 - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、回路装置に関する。
半導体モジュール等の回路装置においては、有機材料等と金属配線等から形成された配線基板の表面上に、トランジスタ、アンプ又は受動素子等の電子部品が実装されている。電子部品は、セラミックや樹脂等の封止部材により、配線基板上において封止されている。回路装置は、配線基板の裏面に設けられた平面状電極パッドやはんだボールを介して実装基板に実装され、実装基板上の他の電子部品や他の回路装置と接続される。
このような回路装置は、外部の水分や機械的衝撃から電子部品を保護する機能を有している。さらに、電子部品の電気的特性の劣化を抑制し、外部からの電荷粒子に対して半導体チップ等を保護する機能を有している。電子機器の小型化・薄型化の要求に伴い、回路装置にも小型化・薄型化が求められている。
また、回路装置内の電子部品から発生する電磁ノイズが実装基板上の他の電子部品の誤動作の原因になることを防止するため、または、他の電子部品から発生する電磁ノイズが回路装置の電子部品の誤動作の原因になることを防止するために、シールドを用いて回路装置内の電子部品を覆うことが行われている。
さらに、高周波信号を送受信するための電子部品を有する回路装置においては、小型化・薄型化のため、電子部品に接続されたアンテナを回路装置に設けることが行われている。
特開２００６－１０１４９４号公報 特開２００７－１２９３０４号公報
本発明が解決しようとする課題は、小型で取り扱いが容易な回路装置を提供することである。
実施形態の半導体装置は、配線を有する配線基板と、配線基板の上に設けられた第１の電子部品と、配線基板の上に設けられ、第１の電子部品より高さの高い第２の電子部品と、配線基板の上に、第１の電子部品及び第２の電子部品を覆うように設けられた封止部材であって、第１の電子部品の上の封止部材の第１の表面と配線基板の第１の距離よりも、第２の電子部品の上の封止部材の第２の表面と配線基板の第２の距離が長く、第１の表面は、第２の表面に向かって連続的に変化する下に凸の曲面を形成している、封止部材と、第２の表面が露出するように、封止部材の上に設けられた導電部材であって、第１の電子部品の上に設けられた導電部材の第３の表面と配線基板の第３の距離は第２の距離と等しく、第３の表面における導電部材の膜厚は、第３の表面と第２の表面の間に設けられた第４の表面における導電部材の膜厚より厚い。
第１の実施形態の回路装置の模式図である。 導電部材の膜厚が連続的に変化している例と非連続的に変化している例を示す模式断面図である。 第１の実施形態の他の態様の回路装置の模式図である。 比較形態の回路装置の模式断面図である。 第２の実施形態の回路装置の模式断面図である。
以下、図面を用いて実施形態を説明する。なお、図面中、同一又は類似の箇所には、同一又は類似の符号を付している。
本明細書中、同一又は類似する部材については、同一の符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。
本明細書中、部品等の位置関係を示すために、図面の上方向を「上」、図面の下方向を「下」と記述する。本明細書中、「上」、「下」の概念は、必ずしも重力の向きとの関係を示す用語ではない。
（第１の実施形態）
本実施形態の回路装置は、配線を有する配線基板と、配線基板の上に設けられた第１の電子部品と、配線基板の上に設けられ、第１の電子部品より高さの高い第２の電子部品と、配線基板の上に、第１の電子部品及び第２の電子部品を覆うように設けられた封止部材であって、第１の電子部品の上の封止部材の第１の表面と配線基板の第１の距離よりも、第２の電子部品の上の封止部材の第２の表面と配線基板の第２の距離が長い、封止部材と、第２の表面が露出するように、封止部材の上に設けられた導電部材であって、第１の電子部品の上に設けられた導電部材の第３の表面と配線基板の第３の距離は第２の距離と等しく、第３の表面における導電部材の膜厚は、第３の表面と第２の表面の間に設けられた第４の表面における導電部材の膜厚より厚い。
図１は、本実施形態の回路装置１００の模式図である。本実施形態の回路装置１００は、導電部材１１、１２及び１３がシールドである、電子部品モジュールである。
ここで、ｘ軸と、ｘ軸に垂直なｙ軸と、ｘ軸及びｙ軸に垂直なｚ軸を定義する。図１（ａ）は、ｙｚ面内に平行な面内における回路装置１００の模式断面図である。図１（ｂ）は、ｘｙ面内に平行な面内における回路装置１００の模式上面図である。
配線基板６０は、複数の板状の絶縁基材６２ａ、６２ｂ及び６２ｃと、配線６４を有する。配線６４は、配線６４ａ、６４ｂ、６４ｃ、６４ｄ及び６４ｅを有する。
絶縁基材６２ａ、６２ｂ及び６２ｃは、例えば、エポキシ樹脂、メラミン誘導体、液晶ポリマー、ＰＰＥ（Ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅｅｔｈｅｒ：ポリフェニレンエーテル）樹脂、フッ素樹脂、フェノール樹脂、ＰＡＢＭ（Ｐｏｌｙａｍｉｎｏｂｉｓｍａｌｅｉｍｉｄｅ：ポリアミノビスマレイミド）樹脂等を用いて形成された、板状の部材である。
配線６４ａ、６４ｂ、６４ｃ、６４ｄ及び６４ｅは、例えば、絶縁基材６２ａ、６２ｂ及び６２ｃの表面に接着された銅等の金属箔から不必要な部分を薬品等により除去して形成されている。そして、配線６４ａ、６４ｂ、６４ｃ、６４ｄ及び６４ｅが形成された絶縁基材６２ａ、６２ｂ及び６２ｃを積層して、配線基板６０が形成されている。それぞれの配線６４ａ、６４ｂ、６４ｃ、６４ｄ及び６４ｅは、絶縁基材６２ａ、６２ｂ及び６２ｃ内に銅等の金属材料を用いて形成されたビア６６を用いて電気的に接続されている。
本実施形態の配線基板６０は、４層の配線６４ａ、６４ｂ、６４ｃ（６４ｅ）及び６４ｄが設けられた、４層基板である。しかし、層の数は４層に限定されない。また、それぞれの絶縁基材６２ａ、６２ｂ及び６２ｃは、異なる材料で形成されていても構わない。さらに、それぞれの配線６４ａ、６４ｂ、６４ｃ、６４ｄ及び６４ｅは、異なる材料で形成されていても構わない。
外部引出電極８０は、配線基板６０の下側に設けられている。回路装置１００がＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）パッケージである場合、外部引出電極８０は、はんだボールである。また、回路装置１００がＬＧＡ（Ｌａｎｄ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）パッケージである場合、外部引出電極８０は、板状の電極である。
第１の電子部品２及び第２の電子部品４は、配線基板６０の上に設けられている。具体的には、第１の電子部品２及び第２の電子部品４は、例えば、配線基板６０の上に設けられた配線６４ａとはんだ６８で接続されることにより、配線基板６０の上に実装されている。なお、第１の電子部品２及び第２の電子部品４の実装のされ方は、上記の方法に限定されるものではない。
第１の電子部品２及び第２の電子部品４は、例えば、トランジスタ、ダイオード、コンデンサや抵抗等の受動素子、ＢＰＦ（Ｂａｎｄ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ：バンドパスフィルタ）、バラン、アンプ等の増幅器、水晶振動子、又はこれらの電子部品が集積されたＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）モジュール等のモジュールである。
第１の電子部品２及び第２の電子部品４の高さは、例えば１ｍｍ程度である。電子部品の高さの公差は通常±０．１ｍｍ程度である。また、はんだの高さのバラつきは±５０μｍ程度である。
第１の電子部品２の高さｈ１よりも、第２の電子部品４の高さｈ２の方が高い、すなわち、ｈ２＞ｈ１である。また、第１の電子部品２は水晶振動子又は水晶振動子を含むモジュール等の部品であることが好ましく、第２の電子部品４は、アンプ等の増幅器又は増幅器を含むモジュールであることが好ましい。
なお、本実施形態の回路装置１００において電子部品の数は２個であるが、電子部品の数はこれに限定されない。
封止部材２０は、配線基板６０の上に、第１の電子部品２及び第２の電子部品４を覆うように設けられている。封止部材２０は、例えば、熱硬化性のエポキシ樹脂や、セラミックである。さらに、封止部材２０は、酸化シリコンや酸化アルミニウム等で形成されたフィラーを含む熱硬化性のエポキシ樹脂等であっても良い。なお、封止部材２０の構成はこれに限定されない。
封止部材２０は、第１の電子部品２の上で、第１の表面２０ａを有している。また、封止部材２０は、第２の電子部品４の上で、配線基板６０の基板面に平行な第２の表面２０ｂを有している。第２の表面２０ｂと配線基板６０の距離Ｌ２と第２の電子部品４の高さｈ２の差Ｌ２－ｈ２は、例えば数μｍから数十μｍの程度である。
また、封止部材２０の高さは、第２の表面２０ｂを有する部分で最も高く、第２の表面２０ｂから離れるにつれて低くなっている。第１の電子部品２の上における封止部材２０の第１の表面２０ａと配線基板６０の距離Ｌ１は、第２の表面２０ｂと配線基板６０の距離Ｌ２より短い。これは、第１の電子部品２の高さｈ１よりも第２の電子部品４の高さｈ２が高いため、封止部材２０が形成されたときに、第２の表面２０ｂの周囲で高さがより低くなってしまうためである。
また、露出した第２の表面の面積Ｓ１は、第２の電子部品４の上面の面積Ｓ２よりも小さい。ここで、第２の表面の面積Ｓ１と第２の電子部品４の上面の面積Ｓ２は、例えば、回路装置１００を市販のＸ線透過観察装置等で分析することにより評価することが出来る。
導電部材１０は、導電部材１１、１２及び１３を有する。導電部材１１及び１２は、第２の表面２０ｂが露出し、一体として第２の表面２０ｂを取り囲むように、封止部材２０の上に設けられている。導電部材１１の上面は、第２の表面２０ｂと一体となっている平坦な面である。これを言い換えると、第１の電子部品２の上に設けられた導電部材１１の第３の表面１１ａと配線基板６０の第３の距離Ｌ３は、第２の距離Ｌ２と等しい。また、導電部材１２の上面は、第２の表面２０ｂと一体となっている平坦な面である。これを言い換えると、導電部材１２の第４の表面１２ａと配線基板６０の第４の距離Ｌ４は、第２の距離Ｌ２と等しい。
第３の表面１１ａにおける導電部材１１の膜厚ｔ１は、第３の表面１１ａと第２の表面２０ｂの間に設けられた第４の表面１１ｂにおける導電部材１１の膜厚ｔ２より厚い。
第１の電子部品２の上の導電部材１１の膜厚ｔ１は、１μｍ以上３０μｍ以下であることが好ましい。
図２は、導電部材１０の膜厚が連続的に変化している例と非連続的に変化している例を示す模式断面図である。図２（ａ）は、導電部材１０の膜厚が連続的に変化している、本実施形態の回路装置１００の模式断面図の一部を示すものである。図２（ｂ）は、導電部材１０の膜厚が非連続的に変化している、比較形態の回路装置５００の模式断面図の一部を示すものである。
回路装置５００においては、導電部材１４の膜厚はｔ２で一定であり、導電部材１１の膜厚はｔ１で一定である。そして、導電部材１４と導電部材１１の間で、膜厚はｔ２からｔ１に非連続的に変化している。なお、導電部材１５と導電部材１２の間でも同様に、膜厚はｔ２からｔ１に非連続的に変化している。一方、回路装置１００においては、導電部材１１の膜厚はｔ２からｔ１に連続的に変化している。
導電部材１３は、図１の右側における封止部材２０の側面及び配線基板６０の側面に跨がって設けられている。導電部材１３は、図１右上の部分で導電部材１２と接続されている。また、導電部材１３は、配線基板６０の側面で配線６４ｅと接続され、ビア６６ａを介して外部引出電極８０と接続されている。外部引出電極８０は、図示しない実装基板に実装される際に、図示されないグランドと接続される。
導電部材１１、１２及び１３は、例えば銀を含む膜である。導電部材１１、１２及び１３は、例えば、スパッタ法や印刷により形成される。
なお、本実施形態の回路装置１００において電子部品の数は２個である。しかし、電子部品の数は２個に限定されるものではない。
図３は、本実施形態の他の態様の回路装置１１０の模式図である。導電部材１４が、図３の左側に設けられている点以外は、図１に示した回路装置１００と同様である。
図４は、本実施形態の比較形態となる回路装置６００の模式図である。回路装置６００においては、第２の表面２０ｂは露出しておらず、第２の表面２０ｂ上にも導電部材１１が形成されている。
次に、本実施形態の回路装置の作用効果を述べる。
配線基板の表面上に実装された複数の電子部品の大きさは、必ずしも互いに同じというわけではない。異なる大きさを有する複数の電子部品が配線基板上に実装されている場合、封止部材によって封止をしても、回路装置の上面の高さを均一にすることは困難である。なぜならば、多くの場合、高さの高い電子部品上に形成された封止部材の上面（第２の表面２０ｂ）が高くなる一方で、高さの低い電子部品上に形成された封止部材の上面（第１の表面２０ａ）は低くなるためである。そのため、回路装置の輸送のため、吸着コレット等により回路装置の上面を吸着して輸送をしようとしても、吸着コレットの先端と回路装置の上面の間に隙間が出来てしまい、うまく回路装置を吸着することが出来ないという問題があった。
仮に、吸着コレットを用いて回路装置の上面を吸着することが出来たとしても、吸着状態が安定していないため、吸着コレットの先端に吸着された回路装置を実装基板上に搭載する場合に、回路装置が位置ずれを起こしてしまうという問題があった。
また、上面の高さが均一な回路装置を再現性良く製造する上では、各電子部品の高さの公差、配線基板上にはんだ等を用いて実装をする際のはんだの高さのバラつき、及び電子部品上に設けられた封止部材の膜厚をそれぞれ考慮することが好ましい。例えば、電子部品の高さが１ｍｍであるとすると、電子部品の高さの公差は通常±０．１ｍｍ程度である。また、はんだの高さのバラつきは±５０μｍ程度である。さらに、電子部品上に設けられた封止部材の膜厚は通常数μｍ以上数十μｍ以下である。それぞれの回路装置においてこれらの寸法に上記のようなバラつきが生じるため、上面の高さが均一で、取り扱いが容易な回路装置を再現性よく製造することは困難である。
さらに、シールドを回路装置の封止部材の表面に形成しても、封止部材の上面の形状が形成されたシールドの形状に反映されてしまうため、上述の問題を解決することは困難であった。
本実施形態の回路装置では、導電部材１０は、第２の表面２０ｂが露出するように設けられている。そして、第３の表面１１ａと配線基板６０の第３の距離Ｌ３は第２の距離Ｌ２と等しく、第３の表面１１ａにおける導電部材１１の膜厚ｔ１は、第３の表面１１ａと第２の表面２０ｂの間に設けられた導電部材１１の第４の表面１１ｂにおける導電部材１１の膜厚ｔ２より厚い。
これにより、回路装置の上面の高さを、より均一にすることが可能となる。さらに、回路装置自身がシールドを持つことが出来るため、シールドを含めて回路装置を小型化しつつ、回路装置の電磁ノイズ対策をすることが出来る。すなわち、小型で、上面がより均一であり、吸着コレットによる取り扱いが容易であり、かつ電磁ノイズ対策もされているため実装基板上で取り扱いの容易な回路装置の提供が可能となる。
本実施形態の回路装置においては、第２の表面２０ｂから第１の表面２０ａに従い、封止部材２０の高さが連続的に変化している。導電部材１０の形成により、いわばこの連続的に変化している封止部材２０の高さを埋め合わせて回路装置の上面の高さをより均一にして、取り扱いが容易な回路装置としている。そのため、導電部材１０の膜厚は、第２の表面２０ｂと第３の表面１１ａの間で連続的に変化している部分を有している。
導電部材１０としての銀は、化学変化が少ないため取り扱いも容易であり、かつシールド性能も優れているため好ましく用いられる。
水晶振動子は、発生するノイズが大きい一方で高さは比較的低い。そのため、第１の電子部品２として水晶振動子を用い、より膜厚が厚く形成された導電部材１１で発生するノイズをシールドすることが、ノイズ対策上好ましい。
一方、増幅器は高さが比較的高い部品であるため、第２の電子部品４として用いることが好ましい。
本実施形態の回路装置によれば、小型で取り扱いが容易な回路装置の提供が可能となる。
（第２の実施形態）
本実施形態の回路装置においては、導電部材１０が、封止部材２０の内部に設けられた接続部材７０を介して、第１の電子部品２または第２の電子部品４に接続されているアンテナ導体である点で、第１の実施形態と異なっている。ここで、第１の実施形態と重複する点については、記載を省略する。
図５は、本実施形態の回路装置２００の模式図である。
導電部材１０は、例えばパッチアンテナのパッチ（アンテナ導体）として用いられる。ここで、それぞれの導電部材１１及び１２の大きさや形状は、アンテナとして送受信を行いたい信号の周波数や強度に応じて適宜設計変更することが可能である。そして、例えば、配線基板６０内に設けられた配線６４ｂは、パッチアンテナのグランドとして用いることが出来る。接続部材７０は、例えば、パッチアンテナの給電線として用いることが出来る。
例えば、第２の電子部品４が増幅器であり、接続部材７０が第２の電子部品４に接続されている場合には、増幅器で増幅された信号をパッチアンテナにより良好に送信することが出来る。アンテナ導体が回路装置の最外面に設けられているため、より強い信号を送受信することが可能である。
本実施形態の回路装置によれば、小型で取り扱いが容易な回路装置の提供が可能となる。
本発明のいくつかの実施形態及び実施例を説明したが、これらの実施形態及び実施例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことが出来る。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
２ 第１の電子部品
４ 第２の電子部品
１０ 導電部材
１１ 導電部材
１１ａ 第３の表面
１１ｂ 第４の表面
１２ 導電部材
１３ 導電部材
１４ 導電部材
２０ 封止部材
２０ａ 第１の表面
２０ｂ 第２の表面
６０ 配線基板
６２ａ 絶縁基材
６２ｂ 絶縁基材
６２ｃ 絶縁基材
６４ 配線
６４ａ 配線
６４ｂ 配線
６４ｃ 配線
６４ｄ 配線
６４ｅ 配線
６６ ビア
６６ａ ビア
６８ はんだ
７０ 接続部材
８０ 外部引出電極
１００ 回路装置
１１０ 回路装置
２００ 回路装置

Claims (9)

  1. 配線を有する配線基板と、
    前記配線基板の上に設けられた第１の電子部品と、
    前記配線基板の上に設けられ、前記第１の電子部品より高さの高い第２の電子部品と、
    前記配線基板の上に、前記第１の電子部品及び前記第２の電子部品を覆うように設けられた封止部材であって、前記第１の電子部品の上の前記封止部材の第１の表面と前記配線基板の第１の距離よりも、前記第２の電子部品の上の前記封止部材の第２の表面と前記配線基板の第２の距離が長く、前記第１の表面は、前記第２の表面に向かって連続的に変化する下に凸の曲面を形成している、前記封止部材と、
    前記第２の表面が露出するように、前記封止部材の上に設けられた導電部材であって、前記第１の電子部品の上に設けられた前記導電部材の第３の表面と前記配線基板の第３の距離は前記第２の距離と等しく、前記第３の表面における前記導電部材の膜厚は、前記第３の表面と前記第２の表面の間に設けられた第４の表面における前記導電部材の膜厚より厚い、
    回路装置。
  2. 露出した前記第２の表面の面積は前記第２の電子部品の上面の面積よりも小さい請求項１記載の回路装置。
  3. 前記導電部材は前記第２の表面を取り囲んで設けられている請求項１または請求項２いずれか一項記載の回路装置。
  4. 前記導電部材は銀を含む請求項１ないし請求項３いずれか一項記載の回路装置。
  5. 前記第１の電子部品の上の前記導電部材の膜厚は１μｍ以上３０μｍ以下である請求項１ないし請求項４いずれか一項記載の回路装置。
  6. 前記導電部材は前記配線に接続されているシールドである請求項１ないし請求項５いずれか一項記載の回路装置。
  7. 前記導電部材は前記封止部材の内部に設けられた接続部材を介して前記第１の電子部品又は前記第２の電子部品に接続されているアンテナ導体である請求項１ないし請求項５いずれか一項記載の回路装置。
  8. 前記第１の電子部品は水晶振動子を含む請求項１ないし請求項７いずれか一項記載の回路装置。
  9. 前記第２の電子部品は増幅器を含む請求項１ないし請求項８いずれか一項記載の回路装置。
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