JP6477894B2 - 樹脂回路基板、部品搭載樹脂回路基板 - Google Patents

樹脂回路基板、部品搭載樹脂回路基板 Download PDF

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Description

本発明は、表面に部品が実装され、表面および内部に回路が構成形成された、可撓性を有する材料からなる樹脂回路基板に関する。
従来、各種の電子機器には、電子部品が実装された樹脂回路基板が多く採用されている。例えば、特許文献１に記載の構成では、熱可塑性の樹脂からなるフレキシブル基板の表面に、半導体ベアチップが実装されている。半導体ベアチップは、超音波接合によって、フレキシブル基板に接合している。
特許第３９０９７７２号明細書
熱可塑性のフレキシブル基板は、例えば半田リフロー等の全体加熱による接合方法が行いにくい。全体加熱による接合では、フレキブル基板が軟化あるいは溶融して変形してしまうおそれがあるためである。一方、全体加熱ではなく局所的な接合方法である、部分的な加熱および加圧による接合、または、超音波接合であっても、部分的にではあるが樹脂回路基板の樹脂部分が軟化してしまう。また、超音波接合の場合には、フレキシブル基板の可撓性によって、超音波振動が分散して十分な超音波接合が行い難くなる。これらの事情によって、電子部品と樹脂回路基板との接合不良が生じ易くなってしまう。
したがって、本発明の目的は、部品が確実に実装できる熱可塑性の材料を用いた樹脂回路基板を提供することにある。
この発明の樹脂回路基板は、積層体、複数の実装用ランド導体、および、複数の第２部品を備える。積層体は、熱可塑性を有する複数の樹脂層を積層してなる。複数の実装用ランド導体は、積層体の表面に形成され、超音波接合によって第１部品の端子導体が接合される導体パターンである。複数の第２部品は、積層体内に配置されており、樹脂層よりも弾性率が高い。積層体を平面視して、複数の第２部品は、複数の第２部品を結ぶ直線が第１部品の重心を通り、且つ、複数の実装用ランド導体にそれぞれ重なるように、配置されている。
この構成では、第１部品が樹脂回路基板に接合される際に、複数の第２部品によって接合領域の強度を確保できる。これにより、第１部品が実装用ランド導体に確実に実装される。
また、この発明の樹脂回路基板では、次の構成であることが好ましい。複数の第２部品は、チップ型の受動回路部品である。複数の第２部品は、層間接続導体によって、積層体の回路導体に接続されている。層間接続導体は、第２部品において実装用ランド導体と反対側に配置されている。
この構成では、第１部品が樹脂回路基板に接合される際の層間接続導体の形状変化の影響を抑制できる。
また、この発明の樹脂回路基板では、複数の第２部品は、積層体の高さ方向における略同じ位置に配置されていることが好ましい。
この構成では、複数の実装用ランド導体に係る力が均等になる。
また、この発明の樹脂回路基板では、複数の第２部品は、積層体の裏面よりも表面に近い位置に配置されていることが好ましい。
この構成では、実装用ランド導体と第２部品との間に配置される樹脂層の厚みが薄くなり、接合の際の樹脂層の変形の影響を抑制できる。
また、この発明の樹脂回路基板では、複数の第２部品は、積層体を構成する複数の樹脂層における表面側から２層目の樹脂層に配置されていることが好ましい。
この構成では、実装用ランド導体と第２部品との間に配置される樹脂層の厚みが一層分になり、第２部品を積層体に内蔵しつつ、接合の際の樹脂層の変形の影響を抑制できる。
また、この発明の部品搭載樹脂回路基板は、積層体、複数の実装用ランド導体、第１部品、および、複数の第２部品を備える。積層体は、熱可塑性を有する複数の樹脂層が積層されてなる。複数の実装用ランド導体は、積層体の表面に形成されている。第１部品は、端子導体が実装用ランド導体に実装されている。複数の第２部品は、積層体内に配置されており、樹脂層よりも弾性率の高い材料からなる。端子導体は、超音波接合部を介して、実装用ランド導体に接続されている。
この構成では、第１部品が樹脂回路基板に接合される際に、複数の第２部品によって接合領域の強度を確保できる。これにより、第１部品が実装用ランド導体に確実に実装される。
また、この発明の部品搭載樹脂回路基板では、第１部品は、高周波ＩＣであり、第２部品は、第１部品に電気的に接続するコンデンサであるとよい。
この構成では、第２部品によって接合を確実にするとともに、第１部品のノイズ対策も行うことができる。
この発明よれば、電子部品が確実に実装できる熱可塑性の材料を用いた樹脂回路基板を実現することができる。
本発明の第１の実施形態に係る部品搭載樹脂回路基板の構成を示す分解側面断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る部品搭載樹脂回路基板の構成を示す側面断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る部品搭載樹脂回路基板の部品配置の概念を示すための平面図である。 本発明の第２の実施形態に係る部品搭載樹脂回路基板の構成を示す側面断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る部品搭載樹脂回路基板の部品配置の概念を示すための平面図である。 本発明の他の接合態様を示す断面図である。
本発明の第１の実施形態に係る樹脂回路基板および部品搭載樹脂回路基板について、図を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る部品搭載樹脂回路基板の構成を示す分解側面断面図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係る部品搭載樹脂回路基板の構成を示す側面断面図である。図３は、本発明の第１の実施形態に係る部品搭載樹脂回路基板の部品配置の概念を示すための平面図である。
図１、図２に示すように、部品搭載樹脂回路基板１０は、樹脂回路基板２０と第１部品３０とを備える。
第１部品３０は、例えば、高周波ＩＣを形成した半導体チップ部品であり、主面の一方面に複数の端子導体３１が形成されている。第１部品３０は、平面視して矩形である。
複数の端子導体３１は、一方面に配列形成されている。例えば、図３の例では、複数の端子導体３１は、第１部品３０を平面視して２×２の配列で形成されている。複数の端子導体３１は、第１部品３０の側面付近に配置されている。端子導体３１には、金属バンプ３１０、例えば、半田バンプや金バンプ等が形成されている。
樹脂回路基板２０は、積層体２１、第２部品２１１，２１２，２２１，２２２を備える。積層体２１は、複数の樹脂層２０１，２０２，２０３，２０４を積層してなる。複数の樹脂層２０１，２０２，２０３，２０４は、熱可塑性樹脂からなり、例えば、液晶ポリマを主材料としてなる。
積層体２１の表面、すなわち、樹脂層２０１の表面には、複数の実装用ランド導体２５１が形成されている。複数の実装用ランド導体２５１は、矩形の導体パターンである。複数の実装用ランド導体２５１は、ここに実装される第１部品３０の端子導体３１と同じ配列パターンで形成されている。積層体２１の裏面、すなわち、樹脂層２０４の裏面には、複数の外部接続導体２４１が形成されている。
第２部品２１１，２１２，２２１，２２２は、樹脂層２０１，２０２，２０３，２０４よりも弾性率の高い材料からなる。例えば、第２部品２１１，２１２，２２１，２２２は、実装型コンデンサ等の受動回路素子からなる。第２部品２１１，２１２，２２１，２２２は、積層体２１の内部に配置されている。具体的には、図１に示すように、示すように、積層体２１の高さ方向における樹脂層２０２と同じ位置に配置されている。さらに、図３に示すように、樹脂回路基板２０を平面視して、第２部品２１１，２１２，２２１，２２２は、複数の実装用ランド導体２５１と重なっている。
第２部品２１１，２１２，２２１，２２２は、樹脂層２０３に形成された層間接続導体２３１，２３２を介して、樹脂層２０３と樹脂層２０４との間に配置された導体パターン２３３，２３４にそれぞれ接続されている。
第１部品３０は、このような構成の積層体２１の表面に実装されている。この際、第１部品３０の端子導体３１は、実装用ランド導体２５１に対して、超音波接合されている。この端子導体３１と実装用ランド導体２５１が超音波接合される界面が、本発明の「超音波接合部」に対応する。
ここで、第２部品２１１，２１２，２２１，２２２は、次の条件を満たす位置に配置されている。部品搭載樹脂回路基板１０を平面視して、第２部品２１１，２１２，２２１，２２２の２つを組み合わせて、これらの配置位置の間を結ぶ直線が第１部品３０の重心Ｇ３０を通る。この際、全ての組み合せのうち、少なくとも１つの組み合わせによる直線が第１部品３０の重心Ｇを通っていればよい。例えば、図３の例であれば、部品搭載樹脂回路基板１０を平面視して、第２部品２１１の配置領域の所定点と第２部品２２２の配置領域の所定点とを結ぶ直線ＲＬ１は、第１部品３０の重心Ｇ３０を通る。また、部品搭載樹脂回路基板１０を平面視して、第２部品２２１の配置領域の所定点と第２部品２１２の配置領域の所定点とを結ぶ直線ＲＬ２は、第１部品３０の重心Ｇ３０を通る。言い換えれば、第２部品２１１，２１２，２２１，２２２が重心Ｇに対して、特定の方位に寄っている配列でなければよい。
なお、これは、樹脂回路基板２０単体であれば、樹脂回路基板２０を平面視して、第２部品２１１，２１２，２２１，２２２の２つを組み合わせて、これらの配置位置の間を結ぶ直線が複数の実装用ランド導体２５１の配置位置の幾何学的中心を通るという条件に置き換えることも可能である。
このような構成とすることによって、積層体２１よりも弾性率が高い第２部品２１１，２１２，２２１，２２２が、第１部品３０を樹脂回路基板２０に超音波接合する際の土台となり、接合時の実装用ランド導体２５１の部分の接合安定性を向上することができる。また、このような第２部品２１１，２１２，２２１，２２２の配置パターンとすることによって、超音波接合時に加わる超音波振動の偏りが抑制される。これにより、複数の実装用ランド導体２５１に安定した超音波振動が与えられる。したがって、第１部品３０の端子導体３１を樹脂回路基板２０の実装用ランド導体２５１に確実に接合し、接合強度を安定化することができる。
さらに、第２部品２１１，２１２，２２１，２２２は、樹脂回路基板２０の高さ方向の同じ位置にある。また、樹脂回路基板２０の高さ方向における、樹脂回路基板２０の表面からの第２部品２１１，２１２，２２１，２２２の距離ＤＰは、樹脂回路基板２０の高さＤの半分以下である。このような構成とすることによって、第２部品２１１，２１２，２２１，２２２と実装用ランド導体２５１の間に配置される樹脂層の厚みを薄くできる。接合の際の樹脂層の変形は、樹脂層の厚みが薄いほど小さい。これにより、接合の際の樹脂層の変形の影響を抑制でき、接合強度をさらに安定化することができる。
この際、図１に示すように、積層体２１を構成する複数の樹脂層２０１，２０２，２０３，２０４における樹脂層２０２に第２部品２１１，２１２，２２１，２２２を配置することで、第２部品２１１，２１２，２２１，２２２と実装用ランド導体２５１の間に配置される樹脂層は、樹脂層２０１のみとなる。したがって、第２部品２１１，２１２，２２１，２２２と実装用ランド導体２５１の間に配置される樹脂層の厚みを、樹脂層２０１の厚み分だけにすることができる。接合の際の樹脂層の変形の影響を抑制でき、接合強度をさらに安定化することができる。
また、図１、図２に示すように、第２部品２１１，２１２，２２１，２２２を積層体２１内の導体パターン２３３，２３４に接続する層間接続導体２３１，２３２は、第２部品２１１，２１２，２２１，２２２における実装用ランド導体２５１と反対側の面に配置されている。これにより、第１部品３０が樹脂回路基板２０に接合される際の層間接続導体２３１，２３２の形状変化の影響を抑制できる。したがって、第１部品３０を樹脂回路基板２０に実装する際の端子導体３１と実装用ランド導体２５１との接合強度をさらに安定化することができる。
なお、このような構成からなる部品搭載樹脂回路基板は、次に示す製造フローによって、製造される。
まず、複数の樹脂層２０１，２０２，２０３，２０４を用意する。樹脂層２０１，２０２，２０３，２０４には、例えば銅箔等の金属箔からなる所望の導体パターンが形成されている。例えば、樹脂層２０１の表面には、実装用ランド導体２５１が形成されている。また、樹脂層２０２には、第２部品２１１，２１２，２２１，２２２を収容する孔が設けられている。
次に、樹脂層２０１，２０２，２０３，２０４を積層し、加熱圧着する。この際、第２部品２１１，２１２，２２１，２２２は、樹脂層２０２の孔に収容された状態で、積層、加熱圧着が行われる。これにより、樹脂回路基板２０が形成される。
次に、第１部品３０を樹脂回路基板２０に実装する。具体的には、第１部品３０の端子導体３１を、樹脂回路基板２０の実装用ランド導体２５１に当接させて、端子導体３１を実装用ランド導体２５１に超音波接合する。これにより、部品搭載樹脂回路基板１０が形成される。
次に、本発明の第２の実施形態に係る樹脂回路基板および部品搭載樹脂回路基板について、図を参照して説明する。図４は、本発明の第２の実施形態に係る部品搭載樹脂回路基板の構成を示す側面断面図である。図５は、本発明の第２の実施形態に係る部品搭載樹脂回路基板の部品配置の概念を示すための平面図である。
本実施形態に係る部品搭載樹脂回路基板１０Ａは、第１部品３０Ａの端子導体３１の配置パターン、および、樹脂回路基板２０Ａの実装用ランド導体２５１の配置パターン、第２部品２２１Ａ，２２１Ａの配置パターンにおいて、第１の実施形態に係る部品搭載樹脂回路基板１０と異なる。他の基本的な構成は、第１の実施形態に係る部品搭載樹脂回路基板１０と同じである。
図４、図５に示すように、複数の端子導体３１は、第１部品３０Ａの主面の一方面の全面に亘って配列している。図５の例であれば、複数の端子導体３１は、４×５の二次元配列によって配置されている。
樹脂回路基板２０Ａでは、複数の実装用ランド導体２５１は、複数の端子導体３１に対応してそれぞれ積層体２１Ａの表面に配置されている。
図５に示すように、第２部品２１１Ａ，２２１Ａは、部品搭載樹脂回路基板１０Ａを平面視して、第１部品３０Ａの対角に当たる位置に配置されている。例えば、図５の例では、第２部品２１１Ａは、第１部品３０Ａの第１角付近の４個の端子導体３１と重なるように配置されている。一方、第２部品２２１Ａは、第１部品３０Ａの第２角（第１角の対角）付近の６個の端子導体３１と重なるように配置されている。
このような配置を用いることによって、部品搭載樹脂回路基板１０Ａを平面視して、第２部品２１１Ａの配置領域の所定点と第２部品２２１Ａの配置領域の所定点とを結ぶ直線ＲＬ１Ａは、第１部品３０Ａの重心Ｇ３０Ａを通る。これにより、第１の実施形態に係る部品搭載樹脂回路基板１０と同様の作用が得られ、端子導体３１と実装用ランド導体２５１との接合強度を安定化することができる。
なお、上述の各実施形態では、第１部品の角に最も近い端子導体を含む態様を示したが、これに限るものではなく、少なくとも１組の第２部品の配置位置の所定位置を結ぶ直線が、第１部品の重心を通るようにすれば、本願発明の効果を得ることができる。
また、上述の各実施形態では、第１部品および第２部品の電気回路的な関係を示していないが、例えば、第１部品が高周波ＩＣであり、第２部品がコンデンサであって、これらが電気回路として接続される態様であれば、コンデンサを高周波ＩＣのノイズ除去用として用いることができ、高周波ＩＣをノイズから保護することができる。この際、上述の実施形態に示すように、実装用ランド導体と第２部品とが近接しているので、コンデンサと高周波ＩＣの距離が短くなる。したがって、これらの間の引き回し導体を短くでき、この引き回し導体によるノイズの影響を小さくでき、より有効である。
また、本願発明とは異なり、上述の各実施形態において、１つの第２部品の面積を大きくし、全ての端子導体３１（実装用ランド導体２５１）と重なるようにすることも考えられる。しかしながら、上述の実施形態に示すように、端子導体３１（実装用ランド導体２５１）毎、または、全てではない所定数の端子導体３１（実装用ランド導体２５１）に重なるように、複数の第２部品を配置することによって、積層体２１内での配線自由度が向上する。例えば、第１部品と平面視で重なる領域であって、かつ、複数の第２部品の配置されていない領域においても配線（平面状の導体パターンや層間接続導体）を通すことができる。したがって、例えば、部品搭載樹脂回路基板を小型化することができる。
なお、上述の説明では、第２部品の高さが樹脂層の１層分である態様をしましたが、複数層分であってもよい。この場合、第２部品を収容するキャビティは、複数層に亘って形成すればよい。
また、図６に示すように、異方性導電膜を用いて端子導体と実装用ランド導体とを接合してもよい。図６は、本発明の他の接合態様を示す断面図である。
図６に示す部品搭載樹脂回路基板１０Ｂは、第１の実施形態に係る部品搭載樹脂回路基板１０に対して、金属バンプ３１０が異方性導電膜３２０に変更された点で異なる。部品搭載樹脂回路基板１０Ｄの他の構成は、部品搭載樹脂回路基板１０と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。
図６に示すように、部品３０の端子導体３１と、樹脂回路基板２０の実装用ランド導体２５１とは、異方性導電膜３２０によって接合されている。具体的な製造方法としては、端子導体３１または実装用ランド導体２５１を覆うように異方性導電膜３２０を配置する。異方性導電膜３２０が端子導体３１と実装用ランド導体２５１とに当接するように、部品３０を樹脂回路基板２０に配置する。この状態で、異方性導電膜３２０に対して加熱プレスを行うことによって、端子導体３１と実装用ランド導体２５１との接合、すなわち、部品３０と樹脂回路基板２０との接合を実現する。
このように、異方性導電膜を用いた態様であっても、上述の各実施形態の作用効果を実現できる。なお、異方性導電膜は、第２の実施形態にも適用できる。
また、上述の説明では、平面視して端子導体３１が円形の場合を示しているが、端子導体３１の形状はこれに限らず、矩形等であってもよい。
１０，１０Ａ，１０Ｂ：部品搭載樹脂回路基板
２０，２０Ａ：樹脂回路基板
２１，２１Ａ：積層体
３０，３０Ａ：第１部品
３１：端子導体
２０１，２０２，２０３，２０４：樹脂層
２１１，２１２，２２１，２２２，２１１Ａ，２２１Ａ：第２部品
２３１，２３２：層間接続導体
２３１，２３２：導体パターン
２４１：外部接続導体
２５１：実装用ランド導体
３１０：金属バンプ
３２０：異方性導電膜

Claims (6)

  1. 熱可塑性を有する複数の樹脂層が積層されてなる積層体と、
    前記積層体の表面に形成され、第１部品の端子導体が接合される複数の実装用ランド導体と、
    前記積層体内に配置された、前記樹脂層よりも弾性率の高い複数の第２部品と、
    を備え、
    前記複数の第２部品は、前記複数の樹脂層のうちの一部の樹脂層に設けられた複数の孔にそれぞれ直接的に収容されており、
    前記積層体を平面視して、前記複数の第２部品は、前記複数の第２部品を結ぶ直線が前記第１部品の重心を通り、且つ、前記複数の実装用ランド導体にそれぞれ重なるように、配置されており、
    前記複数の第２部品は、層間接続導体によって、前記積層体の回路導体に接続されており、
    前記第２部品に直接的に接続される前記層間接続導体は、前記第２部品に対して、前記実装用ランド導体側に形成されておらず、前記実装用ランド導体と反対側に形成されている、
    樹脂回路基板。
  2. 前記複数の第２部品は、前記積層体の高さ方向における略同じ位置に配置されている、
    請求項１に記載の樹脂回路基板。
  3. 前記複数の第２部品は、前記積層体の裏面よりも表面に近い位置に配置されている、
    請求項１または請求項２に記載の樹脂回路基板。
  4. 前記複数の第２部品は、前記積層体を構成する複数の樹脂層における表面側から２層目の樹脂層に配置されている、
    請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の樹脂回路基板。
  5. 熱可塑性を有する複数の樹脂層が積層されてなる積層体と、
    前記積層体の表面に形成された複数の実装用ランド導体と、
    端子導体が前記実装用ランド導体に実装された第１部品と、
    前記積層体内に配置された、前記樹脂層よりも弾性率の高い複数の第２部品と、
    を備え、
    前記複数の第２部品は、前記複数の樹脂層のうちの一部の樹脂層に設けられた複数の孔にそれぞれ直接的に収容されており、
    前記積層体を平面視して、前記複数の第２部品は、前記複数の第２部品を結ぶ直線が前記第１部品の重心を通り、且つ、前記複数の実装用ランド導体にそれぞれ重なるように、配置されており、
    前記複数の第２部品は、層間接続導体によって、前記積層体の回路導体に接続されており、
    前記第２部品に直接的に接続される前記層間接続導体は、前記第２部品に対して、前記実装用ランド導体側に形成されておらず、前記実装用ランド導体と反対側に形成されており、
    前記端子導体は、超音波接合部、または、異方性導電部を介して、前記実装用ランド導体に接続されている、
    部品搭載樹脂回路基板。
  6. 前記第１部品は、高周波ＩＣであり、
    前記第２部品は、前記第１部品に電気的に接続するコンデンサである、
    請求項５に記載の部品搭載樹脂回路基板。
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