JP7477154B2

JP7477154B2 - 回路装置

Info

Publication number: JP7477154B2
Application number: JP2020095491A
Authority: JP
Inventors: 悟郎成田
Original assignee: 株式会社エレメント電子
Priority date: 2020-06-01
Filing date: 2020-06-01
Publication date: 2024-05-01
Anticipated expiration: 2040-06-01
Also published as: JP2021190593A; JP2024028415A

Description

本発明は、回路装置およびその製造方法に関し、特に、基板にスルーホールを形成する回路装置およびその製造方法に関する。

図６を参照して、背景技術に係る回路装置の製造方法の一例を説明する。図６は、背景技術に係る回路装置およびその製造方法を示す側方断面図である。

基板１００を貫通することでスルーホール１０３が形成されている。スルーホール１０３は、基板１００の上面に形成された導電パターンと、基板１００の下面に形成された導電パターンとを接続する。

基板１００の上面には半導体チップ１０１が固着されており、基板１００の上面に形成されたメタル配線１０２と半導体チップ１０１とは金属細線を介して接続されている。また、スルーホール１０３の上面はフィルム状材料１０５により被覆されている。更に、基板１００の上面および半導体チップ１０１等は封止樹脂１０４により被覆されている。

このような製造方法は、例えば、以下の特許文献１等に記載されている。

特開２００１－４４３１６号公報

しかしながら、上記した背景技術は、スルーホール１０３が形成された部分の基板１００の強度が必ずしも十分に確保されない課題があった。

具体的には、封止樹脂１０４を樹脂封止する工程に於いては、基板１００の上面に封止圧が作用する。この封止圧により、スルーホール１０３が形成された部分の基板１００に封止樹脂が入り込んでしまう課題があった。即ち、スルーホール１０３の上面を、フィルム状材料１０５で単に覆っただけでは、当該部分の基板１００の機械的強度が十分に確保されていない。また、製造される回路装置に於いても、当該部分の機械的強度が必ずしも担保されていない懸念がある。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、基板の貫通電極が形成される部分を補強することができる回路装置およびその製造方法を提供することにある。

本発明の回路装置は、実装基板と、前記実装基板の上面に固着された回路素子と、前記実装基板の上面に形成された上面電極と、前記実装基板の下面に形成された下面電極と、前記実装基板を貫通して前記上面電極と前記下面電極とを電気的に接続する貫通電極と、を具備し、前記上面電極は、上方から、上方金属膜と、樹脂膜と、下方金属膜と、を有し、前記樹脂膜の下面は前記下方金属膜により覆われ、前記樹脂膜の上面および側面は前記上方金属膜により覆われることを特徴とする。

本発明の回路装置によれば、基板の貫通電極が形成される部分を補強することができる回路装置を提供できる。

本発明の一実施形態に係る回路装置を説明する図であり、（Ａ）は回路装置を示す側方断面図であり、（Ｂ）は、上面電極およびその周辺を示す拡大側方断面図である。本発明の一実施形態に係る回路装置を説明する図であり、回路装置の実装構造を示す側方断面図である。本発明の一実施形態に係る回路装置の製造方法を説明する図であり、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）および（Ｄ）は、各工程に於ける実装基板を示す側方断面図である。本発明の一実施形態に係る回路装置の製造方法を説明する図であり、（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）は、各工程に於ける実装基板を示す側方断面図である。本発明の一実施形態に係る回路装置の製造方法を説明する図であり、（Ａ）および（Ｂ）は、各工程に於ける実装基板を示す側方断面図である。背景技術に係る回路装置およびその製造方法を示す側方断面図である。

以下、本発明の一実施形態に係る回路装置１０およびその製造方法を、図面に基づき詳細に説明する。尚、本実施形態の説明の際には、同一の部材には原則として同一の符番を用い、繰り返しの説明は省略する。また、以下の説明では、上下左右の各方向を用いて説明するが、上方とは、図１（Ａ）に示すように、実装基板１１に対して回路素子１５が実装される方向である。

図１は、回路装置１０を説明する図であり、図１（Ａ）は回路装置１０を示す側方断面図であり、図１（Ｂ）は、上面電極１２およびその周辺を拡大して示す側方断面図である。

図１（Ａ）を参照して、回路装置１０は、実装基板１１と、実装基板１１の上面に固着された回路素子１５と、実装基板１１の上面に形成された上面電極１２と、実装基板１１の下面に形成された下面電極１３と、実装基板１１を貫通して上面電極１２と下面電極１３とを電気的に接続する貫通電極１８と、を具備している。

実装基板１１は、例えば、ガラスエポキシ基板またはセラミック基板であり、回路装置１０を全体的に支持する役割を有する。

回路素子１５は、例えば、ＬＥＤ等の発光素子、トランジスタ等の他の半導体素子等を採用することができる。

上面電極１２は、実装基板１１の上面において所定形状にパターニングされた銅箔からなる。回路素子１５の上面に形成された電極と上面電極１２の上面とは、接続細線１４を介して接続されている。

下面電極１３は、下面電極１３の下面において所定形状にパターニングされた銅箔からなる。回路装置１０を実装する際には、下面電極１３に半田等が溶着される。

貫通電極１８は、実装基板１１を厚み方向に貫通する銅などの金属からなる電極であり、実装基板１１の上面に形成された上面電極１２と、実装基板１１の下面に形成された下面電極１３とを電気的に接続している。

封止樹脂１７は、実装基板１１の上面、回路素子１５および接続細線１４を被覆している。封止樹脂１７は、トランスファーモールド等により形成される熱硬化性樹脂から成り、必要に応じてフィラー等が添加されている。

実装電極１６は、実装基板１１の上面に形成された銅箔からなる電極である。実装電極１６の上面に回路素子１５が固着される。

実装基板１１の側面には、貫通電極１８から成る側面電極２９が露出している。

図１（Ｂ）を参照して、上面電極１２は、上方から、上方金属膜２０と、樹脂膜１９と、下方金属膜２１と、を有する。即ち、上面電極１２は、樹脂膜１９を導電材料で挟み込んだ構造となっている。樹脂膜１９は、例えば、ポリイミド樹脂から成る膜である。上面電極１２が樹脂膜１９を有していることで、上面電極１２の強度を一定以上に確保できる。また、後述するように、製造工程に於いて、樹脂膜１９により、貫通電極１８が形成された部分の実装基板１１を保護することができる。

また、上方金属膜２０と、下方金属膜２１とは、樹脂膜１９の側方を迂回して接続される。更に、貫通電極１８は樹脂膜２７により上方から覆われ、且つ、樹脂膜２７の面積は貫通電極１８の面積よりも大きい。

実装基板１１の側面には、貫通電極１８から成る側面電極２９が露出しており、側面電極２９の上端部近傍には、樹脂膜１９の側面も露出している。

図２を参照して、上記した構成を有する回路装置１０を実装する構造を説明する。図２は、回路装置１０が基板３０の上面に実装される構造を示す側方断面図である。

回路装置１０は、基板３０の上面に実装されている。基板３０は、例えばガラスエポキシ基板等から成る。基板３０の上面には、所定形状にパターニングされた銅箔等から成る導電路３１が形成されている。導電路３１の上面には半田３２が溶着されている。

具体的には、半田３２は、導電路３１の上面、下面電極１３の下面、および、側面電極２９の側面に溶着されている。上記したように、側面電極２９の上端近傍には、例えばポリイミド樹脂から成る樹脂膜１９が露出している。ポリイミド樹脂から成る樹脂膜１９の濡れ性は、銅から成る側面電極２９の濡れ性よりも低い。よって、樹脂膜１９が側面電極２９の上端に露出していることで、半田３２を側面電極２９に溶着する際に、半田３２の過度な這い上がりを、樹脂膜１９の露出部で止めることができる。

図３ないし図５を参照して、上記した構成を有する回路装置１０の製造方法を説明する。図３（Ａ）、図３（Ｂ）、図３（Ｃ）および図３（Ｄ）は、各工程に於ける実装基板１１を示す側方断面図である。図４（Ａ）、図４（Ｂ）および図４（Ｃ）は、各工程に於ける実装基板１１を示す側方断面図である。図５（Ａ）および図５（Ｂ）は、各工程に於ける実装基板１１を示す側方断面図である。

回路装置１０の製造方法は、実装基板１１と、実装基板１１の上面に形成された上面銅箔２２と、実装基板１１の下面に形成された下面銅箔２３と、実装基板１１を貫通して上面銅箔２２と下面銅箔２３とを電気的に接続する貫通電極１８と、を準備する工程と、上面銅箔２２の上面を樹脂膜２７で被覆する工程と、樹脂膜２７を所定形状にパターニングする工程と、上面銅箔２２および樹脂膜２７を、被覆メッキ膜２８で被覆する工程と、上面銅箔２２および被覆メッキ膜２８を所定形状にパターニングすることで、貫通電極１８が形成された実装基板１１の上面に、上面電極１２を形成する工程と、実装基板１１の上面に回路素子１５を実装し、回路素子１５と上面電極１２とを電気的に接続する工程と、を具備する。

上記各工程を以下に説明する。

図３（Ａ）を参照して、実装基板１１の上面は上面銅箔２２で覆われ、実装基板１１の下面は下面銅箔２３で覆われている。実装基板１１は、例えば、厚さが０．０６ｍｍないし３．０ｍｍ程度の絶縁基板、例えばセラミック基板やガラスエポキシ基板等から成る。上面銅箔２２および下面銅箔２３は、例えば、厚さが２００μｍ以下の銅箔から成る。ここで、実装基板１１は、複数の回路装置１０をマトリクス状に製造することができる大きさを有する大型基板である。

図３（Ｂ）を参照して、上面銅箔２２、実装基板１１および下面銅箔２３を貫通することで貫通孔２４を形成する。貫通孔２４の直径は、例えば、０．１ｍｍないし５．０ｍｍである。貫通孔２４は、実装基板１１、上面銅箔２２および下面銅箔２３を、ドリル加工やレーザ加工することで形成される。

図３（Ｃ）を参照して、無電解メッキおよび電解メッキの何れか一方またはこれらを組み合わせて使用することで、貫通孔２４の内部に、例えば銅から成る貫通電極１８を形成する。

本工程では、貫通電極１８を形成する工程にて同時に、上面銅箔２２の上面は上面メッキ膜２５で被覆され、下面銅箔２３の下面は下面メッキ膜２６で被覆される。

図３（Ｄ）を参照して、次に、上面メッキ膜２５の上面を樹脂膜２７で被覆する。樹脂膜２７としては、例えば、厚さが２５μｍないし５０μｍ程度のポリイミド樹脂等を採用することができる。

図４（Ａ）を参照して、次に、公知のリソグラフィ技術を用いて、樹脂膜２７を所定形状にパターニングする。ここでは、貫通電極１８の上方に対応する領域に、略円形に樹脂膜２７を残している。樹脂膜２７の直径は、例えば、貫通電極１８の１．５倍程度とされる。また、上方から実装基板１１を見た場合、樹脂膜２７と貫通電極１８とは同心円状に形成され、貫通電極１８は全面的に樹脂膜２７により保護されている。このようにすることで、後述する樹脂封止工程に於いて、樹脂膜２７により封止時の圧力から貫通電極１８を保護し、貫通電極１８に封止樹脂が入り込んでしまうことを防止できる。また、樹脂膜２７としては、カプトンマスクを採用することもできる。

図４（Ｂ）を参照して、次に、実装基板１１の上面を被覆メッキ膜２８で被覆する。被覆メッキ膜２８は、無電解メッキおよび電解メッキの何れか一方またはこれらを組み合わせて適用することで形成される。具体的には、被覆メッキ膜２８は、上面メッキ膜２５の上面および樹脂膜２７の上面および側面を被覆している。被覆メッキ膜２８の厚みは、例えば、１０μｍ以上とされている。樹脂膜２７はポリイミド樹脂から成るので、樹脂膜２７の表面を容易に銅メッキで保護することができる。

図４（Ｃ）を参照して、次に、実装基板１１の上面に積層された各金属膜をパターニングすることで、上面電極１２および実装電極１６を形成する。具体的には、公知のリソグラフィ技術により、上面銅箔２２、上面メッキ膜２５および被覆メッキ膜２８を、部分的に除去することで、上面電極１２および実装電極１６を所定形状に成形する。

図５（Ａ）を参照して、次に、実装基板１１の上面に回路素子１５を実装する。具体的には、導電性接着剤または絶縁性接着剤等を用いて、回路素子１５を実装電極１６の上面に実装する。回路素子１５としては、能動素子または受動素子を広く採用することができ、例えば、ＬＥＤを採用することができる。接続細線１４の上面に形成された電極と、上面電極１２とは、例えば金線または銅線から成る接続細線１４により接続される。

図５（Ｂ）を参照して、次に、実装基板１１の上面および回路素子１５を封止樹脂１７で被覆する。ここでは、封止樹脂１７は、実装基板１１の上面、回路素子１５および接続細線１４を被覆するように形成されている。また、実装基板１１の上面には、回路素子１５がマトリクス状に配置されており、封止樹脂１７は複数の回路素子１５を一括して封止するように形成される。

封止樹脂１７の形成方法としては、例えば、熱硬化性樹脂やシリコン樹脂等を用いるトランスファーモールドが採用される。トランスファーモールドでは、実装基板１１をモールド金型に設置し、複数の回路素子１５を当該金型のキャビティに収納し、当該キャビティに液状の熱硬化性樹脂を封入して熱硬化させる。この時、封止時の大きな圧力が実装基板１１の上面にも作用するが、貫通電極１８は上方から樹脂膜２７で保護されているため、封止樹脂１７が貫通電極１８に入り込んでしまうことは防止されている。更に、貫通電極１８は、上方から、被覆メッキ膜２８および上面銅箔２２によっても覆われており、これにより貫通電極１８を保護する効果が更に大きくなる。

上記工程が終了した後は、点線で示されている箇所にて実装基板１１を切断する。ここでは、封止樹脂１７、上面電極１２、樹脂膜２７、実装基板１１、貫通電極１８および下面電極１３を、ダイシングソー等を用いて切断している。また、当該切断線は、貫通電極１８の中心を通過している。これにより、図１に示した回路装置１０が製造され、上面電極１２、樹脂膜２７、貫通電極１８が、装置の側面に露出するようになる。

前述した本実施形態により、以下のような主要な効果を奏することができる。

図１（Ａ）を参照して、上面電極１２が樹脂膜１９を有していることで、上面電極１２の強度を高めることができる。

図１（Ｂ）を参照して、上方金属膜２０と下方金属膜２１とを絶縁膜の側方を迂回して電気的に接続することで、絶縁膜に接続用の孔部を形成する必要が無く、絶縁膜の機械的強度を一定以上とすることができる。

図５（Ｂ）を参照して、回路素子１５を封止する工程に於いて、貫通電極１８に封止樹脂１７が侵入することを防止できる。

図５（Ａ）を参照して、金属細線をボンディングする工程に於いて、上面電極１２に変形等が生じることを抑制できる。

図５（Ｂ）を参照して、絶縁膜により貫通電極１８を確実に保護することができる。具体的には、回路素子１５および実装基板１１の上面を封止樹脂１７で被覆する工程に於いて、トランスファーモールドを行うと、貫通電極１８にも非常に大きな圧力が作用する。本実施形態では、貫通電極１８の上面全域を樹脂膜２７が上方から保護している。よって、樹脂膜２７がトランスファーモールド時の封入圧を受け止めることで、貫通電極１８に作用する圧力を低減している。更には、樹脂膜２７は、封止樹脂１７が貫通電極１８に流入することを防止する蓋の如き作用を有している。このようにすることで、トランスファーモールドの封入圧の高さに起因して、液状の封止樹脂１７が貫通電極１８に入り込んでしまうことを防止できる。

図５（Ｂ）を参照して、貫通電極１８の上方に形成される上面電極１２の面積が大きいことで、封止工程や接続工程に於いて、貫通電極１８が形成された部分の実装基板１１を樹脂膜２７により確実に保護することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更が可能である。また、前述した各形態は相互に組み合わせることが可能である。

例えば、図５（Ｂ）を参照して、前述した本実施形態では、マトリクス状に配置された複数の回路素子１５を一括してトランスファーモールドしたが、各々の回路素子１５を個別のキャビティに収納し、トランスファーモールドを行うこともできる。

１０回路装置
１１実装基板
１２上面電極
１３下面電極
１４接続細線
１５回路素子
１６実装電極
１７封止樹脂
１８貫通電極
１９樹脂膜
２０上方金属膜
２１下方金属膜
２２上面銅箔
２３下面銅箔
２４貫通孔
２５上面メッキ膜
２６下面メッキ膜
２７樹脂膜
２８被覆メッキ膜
２９側面電極
３０基板
３１導電路
３２半田
１００基板
１０１半導体チップ
１０２メタル配線
１０３スルーホール
１０４封止樹脂
１０５フィルム状材料

Claims

実装基板と、
前記実装基板の上面に固着された回路素子と、
前記実装基板の上面に形成された上面電極と、
前記実装基板の下面に形成された下面電極と、
前記実装基板を貫通して前記上面電極と前記下面電極とを電気的に接続する貫通電極と、を具備し、
前記上面電極は、上方から、上方金属膜と、樹脂膜と、下方金属膜と、を有し、
前記樹脂膜の下面は前記下方金属膜により覆われ、
前記樹脂膜の上面および側面は前記上方金属膜により覆われることを特徴とする回路装置。
前記実装基板の上面および前記回路素子を封止するトランスファーモールドにより形成される封止樹脂を更に具備することを特徴とする請求項１に記載の回路装置。
前記回路素子と前記上面電極とを接続する接続細線を更に具備することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回路装置。
前記上方金属膜と、前記下方金属膜とは、前記樹脂膜の側方を迂回して接続されることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の回路装置。
前記貫通電極は前記樹脂膜により上方から覆われ、且つ、前記樹脂膜の面積は前記貫通電極の面積よりも大きいことを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の回路装置。
前記樹脂膜は、側方に露出することを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の回路装置。