JP6477875B2

JP6477875B2 - 部品実装基板

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Publication number: JP6477875B2
Application number: JP2017521961A
Authority: JP
Inventors: 孝紀上嶋
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2015-06-03
Filing date: 2016-06-01
Publication date: 2019-03-06
Anticipated expiration: 2036-06-01
Also published as: US10111331B2; CN107615894B; CN107615894A; WO2016194925A1; US20180092208A1; KR101893841B1; JPWO2016194925A1; KR20170134552A

Description

本発明は、複数の柱状電極を有する部品と、当該部品が主面に実装された実装基板と、を備える部品実装基板に関する。

従来、底面に複数の柱状電極（例えば銅からなるピラー電極）を有するフリップチップ部品が知られている（特許文献１を参照）。フリップチップ部品は、底面の各柱状電極が導電接合部を介して、実装基板の主面の各接続電極に電気的且つ物理的に接続されている。

特許文献１に開示されたフリップチップ部品は、底面に平行な方向の断面積が互いに異なる複数の柱状電極を有している。

特開２００１−２２３３２１号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたフリップチップ部品のように、断面積が互いに異なる複数の柱状電極に対して、実装基板への実装前に、導電接合部をはんだで形成すると、柱状電極の先端に形成されるはんだ量が柱状電極の断面積に依存するので、柱状電極の断面積が大きいほど導電接合部が厚くなる。これにより、断面積が互いに異なる複数の柱状電極を有するフリップチップ部品は、実装基板に実装されると、実装基板の主面に対して傾く。その結果、電気的な接続不良が発生する課題、あるいは接合強度が低下する課題が発生する。

そこで、本発明の目的は、断面積が互いに異なる複数の柱状電極を有する部品が、実装基板の主面に実装されても、電気的な接続不良及び接合強度の低下を防止できる部品実装基板を提供することにある。

本発明の部品実装基板は、第１柱状電極及び第２柱状電極を有する部品と、前記部品が主面に実装される積層構造の実装基板と、を備える。前記実装基板は、第１接続導体と、第２接続導体と、を備える。前記部品は、前記第１柱状電極及び第１接続導体の間に配置される第１導電接合部と、前記第２柱状電極及び第２接続導体の間に配置される第２導電接合部と、を備える。

前記第１柱状電極の前記主面に平行な方向の断面積は、前記第２柱状電極の前記方向の断面積より小さい。従って、柱状電極の断面積の差に起因するめっき膜の成長速度の差によって、第２導電接合部の厚み（積層方向の長さ）は、第１導電接合部の厚みより厚くなる。

そこで、本発明の部品実装基板では、前記実装基板の積層方向において、前記第１接続導体と前記第１導電接合部との接続部の位置は、前記第２接続導体と前記第２導電接合部との接続部の位置よりも、前記主面の位置から遠いことを特徴とする。

本発明の部品実装基板は、部品の第１、第２柱状電極の断面積の差に起因する第１、第２導電接合部の厚みの差を、実装基板の第１接続導体及び第２接続導体の各接続部の積層方向の位置の差で相殺するので、実装時に実装基板の主面に対して部品が傾くことを防止する。その結果、本発明の部品実装基板は、実装時に、実装基板に対する部品の傾きによる電気接続の不良及び接合強度の低下を防止することができる。

実装基板は、部品の第１、第２柱状電極の断面積の差に起因する第１、第２導電接合部の厚みの差を相殺するために、具体的には、以下のように構成される。

前記第１接続導体は、前記積層方向に沿って延伸する第１層間接続導体である。前記第２接続導体は、前記主面に配置される接続電極と、前記接続電極に接続され、前記積層方向に沿って延伸する少なくとも１つの第２層間接続導体と、を有する。そして、前記第１層間接続導体は、前記主面から突出している。

すなわち、第１導電接合部を介して第１層間接続導体と第１柱状電極とが電気的且つ物理的に接続される。第２導電接合部を介して第２接続導体の接続電極と第２柱状電極とが電気的且つ物理的に接続される。

主面から突出する第１層間接続導体を形成するには、例えば、前記第１層間接続導体の体積を、前記第２層間接続導体の体積より大きくなるように、積層構造の実装基板を形成する。例えば、積層方向における第１層間接続導体及び第２層間接続導体の長さを等しくし、第１層間接続導体を第２層間接続導体より太く形成する。すると、実装基板の焼結時に、体積が大きい第１層間接続導体は、第２層間接続導体よりも膨張し、主面から突出する。

ただし、前記第１層間接続導体の熱膨張率を、前記第２層間接続導体の熱膨張率より大きくすることで、主面から突出する第１層間接続導体を形成してもよい。

また、以下のように構成することで、第１接続導体と第１導電接合部との接続部を主面から遠ざけてもよい。

前記実装基板は、塗布されてなる電極を層間に有する。前記実装基板を前記積層方向に沿って視ると、前記第１接続導体の領域に存在する前記電極の数は、前記第２接続導体の領域に存在する前記電極の数より多い。

すなわち、塗布されてなる電極の数の分だけ、第１接続導体と第１導電接合部との接続部は、主面から遠ざかる。

また、前記第２接続導体は、複数の前記第２層間接続導体を有してもよい。これにより、部品の第２柱状電極は、接続電極を介した複数の第２層間接続導体によって、効率的に冷却される。

また、本発明の部品実装基板は、第１接続導体を主面から突出させる代わりに、以下のように構成されてもよい。

本発明の部品実装基板では、前記実装基板は、前記主面において前記第２接続電極の領域が凹部となっていることを特徴とする。

すなわち、第１、第２柱状電極の断面積の差に起因する第１、第２導電接合部の厚みの差は、実装基板の主面の凹部の段差によって、相殺される。

具体的には、前記凹部は、前記実装基板の積層方向から視ると、前記第１接続電極の領域の層数が、前記第２接続電極の領域の層数よりも多いことで、形成される。

本発明の部品実装基板によれば、断面積が互いに異なる複数の柱状電極を有する部品が、実装基板の主面に実装されても、電気的な接続不良及び接合強度の低下を防止することができる。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る部品実装基板の側面断面図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係る部品実装基板の側面断面図である。図３は、本発明の第２の実施形態に係る部品実装基板の側面断面図である。図４は、本発明の第３の実施形態に係る部品実装基板の側面断面図である。図５は、本発明の第４の実施形態に係る部品実装基板の側面断面図である。図６は、本発明の第５の実施形態に係る部品実装基板の側面断面図である。図７は、本発明の第６の実施形態に係る部品実装基板の側面断面図である。

本発明の第１の実施形態に係る部品実装基板２００について図を参照して説明する。図１及び図２は、それぞれ、部品実装基板２００の側面断面図である。ただし、図１は、実装基板９０への高周波部品１００の実装前の状態を示し、図２は、実装基板９０への高周波部品１００の実装後の状態を示している。

図１及び図２に示すように、本実施形態に係る部品実装基板２００は、実装基板９０と、高周波部品１００とを備えている。

実装基板９０は、積層体１０と、層間接続導体２０と、接続電極３０と、層間接続導体３１，３２，３３と、を備えている。図２に示すように、積層体１０の上面１０Ｓには、高周波部品１００が実装される。高周波部品１００は、いわゆる、フリップチップ部品であり、基板１０１と、柱状電極１１１と、柱状電極１２１と、を備えている。柱状電極１１１及び柱状電極１２１は、基板１０１の下面１０１Ｓに配置されている。高周波部品１００は、不図示のパワーアンプ、デュプレクサ、及びスイッチング回路を基板１０１の上面及び内部に備えている。パワーアンプ等は、高周波信号を送受信する不図示のアンテナに接続されている。

積層体１０は、第６層６、第５層５、第４層４、第３層３、第２層２、及び第１層１が順に積層方向に沿って積層されてなる。第１層１〜第６層６は、それぞれ、絶縁体シート（例えばガラスエポキシ樹脂を含むシート）からなる。

層間接続導体２０は、第１層１から第６層６までを貫通し、積層体１０の上面１０Ｓから突出している。層間接続導体２０を積層体１０の上面の１０Ｓから突出させるには、層間接続導体３１〜３３の導電材料に比べて熱膨張率の高い導電材料を用いて、層間接続導体２０を形成すればよい。これにより、積層体１０の焼結時に、層間接続導体３１〜３３よりも層間接続導体２０が膨張し、積層体１０の上面１０Ｓから突出する。

また、上面１０Ｓから突出する層間接続導体２０を形成するために、絶縁体シートに形成された孔に導電材料を充填する回数を、層間接続導体３１〜３３の形成用の絶縁体シートの孔に導電材料を充填する回数よりも多くすることで、層間接続導体２０を積層体１０の上面１０Ｓから突出するように形成してもよい。無論、導電材料の充填回数と膨張しやすい材料の選択とを組み合わせることで、層間接続導体２０を形成してもよい。

接続電極３０は、積層体１０の上面１０Ｓに配置されている。層間接続導体３１〜３３は、第１層１〜第６層６まで貫通している。層間接続導体３１〜３３は、それぞれ、上端が接続電極３０に接続されている。

図１及び図２に示すように、層間接続導体２０は、積層体１０を積層方向に沿って視ると、実装される高周波部品１００の柱状電極１１１に重なっている。接続電極３０は、積層体１０を積層方向に沿って視ると、実装される高周波部品１００の柱状電極１２１に重なっている。

実装基板９０への高周波部品１００の実装時に、導電接合剤（例えばはんだ）が用いられる。図１に示すように、実装前に、はんだを含む金属によって、高周波部品１００の柱状電極１１１の端部に、物理的な接合と電気的な導通とを供給できる導電接合部１１２が予め形成される。同様に、実装前に高周波部品１００の柱状電極１２１の端部に導電接合部１２２が予め形成される。

ここで、めっき膜の成長速度は、柱状電極１１１及び柱状電極１２１の断面積に依存する。柱状電極１１１及び柱状電極１２１は、銅からなるピラー電極により設けられた柱状の構造物であることが好ましい。ただし、柱状電極１１１及び柱状電極１２１の断面積とは、高周波部品１００の基板１０１の下面１０１Ｓと互いに平行な平面により柱状電極１１１及び柱状電極１２１を断面した時の面積である。換言すれば、柱状電極１１１及び柱状電極１２１の断面積とは、実装時の積層体１０の上面１０Ｓに平行に柱状電極１１１及び柱状電極１２１を断面した時の面積である。基板１０１の下面１０１Ｓから突出する柱状電極１１１が一定の断面積の場合、柱状電極１１１が延びる方向から高周波部品１００の下面１０１Ｓを視た柱状電極１１１の面積は、高周波部品１００から突出する柱状電極１１１の断面積と同じである。

断面積が大きければ大きいほどはんだ量が多くなるので、断面積が大きい柱状電極１２１の導電接合部１２２は、断面積が小さい柱状電極１１１の導電接合部１１２より厚くなる。すなわち、図１に示すように、積層方向における導電接合部１２２の長さは、導電接合部１１２の長さよりも差分ｄ２だけ長くなる。基板１０１の下面１０１Ｓからの距離は、面積が大きい柱状電極１２１に設けられた導電接合部１２２の方が面積の小さい柱状電極１１１に設けられた導電接合部１１２よりも長くなる。ただし、図１は、差分ｄ２を実際よりも強調して大きく示している。基板１０１の下面１０１Ｓから突出する柱状電極１１１と柱状電極１２１との長さは略等しい。

そこで、本実施形態に係る部品実装基板２００では、積層方向において、上面１０Ｓからの層間接続導体２０の突出長さは、積層方向における、層間接続導体２０及び導電接合部１１２の接続位置と、接続電極３０及び導電接合部１２２の接続位置との差が差分ｄ１となるように、調整されている。

図２に示すように、積層方向における導電接合部１１２の長さと導電接合部１２２の長さとの差分ｄ２は、この差分ｄ１により、相殺される。すなわち、本実施形態に係る部品実装基板２００は、導電接合部１１２及び導電接合部１２２の厚みの差を、積層方向における、層間接続導体２０及び導電接合部１１２の接続位置と、接続電極３０及び導電接合部１２２の接続位置との差で相殺する。その結果、本実施形態に係る部品実装基板２００は、実装基板９０への高周波部品１００の実装において、積層体１０の上面１０Ｓと基板１０１の下面１０１Ｓとが平行になることで、実装基板９０に対する高周波部品１００の傾きを防止することができる。そして、本実施形態に係る部品実装基板２００は、当該傾きに起因する電気接続の不良及び接合強度の低下を防止することができる。

ただし、差分ｄ１と、差分ｄ２とは、厳密に等しくなくてもよい。差分ｄ１と差分ｄ２とが厳密に等しくない場合であっても、実装時の高周波部品１００の傾きの程度を抑えることができる。

また、接続電極３０に接続される層間接続導体３１〜３３は、１つのみであっても構わない。さらに、層間接続導体３１〜３３は、それぞれ、積層体１０の上面１０Ｓから下面まで貫通せず、下端が第６層６まで到達していなくてもよい。

ただし、接続電極３０に接続される層間接続導体をより多くし、より長くすることで、接続電極３０に接続される柱状電極１２１をより効率的に放熱することが可能となる。従って、積層体１０の積層方向に沿って視て柱状電極１２１に対応する位置にパワーアンプを高周波部品１００が備える場合、接続電極３０に接続される層間接続導体をより多くし、より長くすれば、当該パワーアンプを効率的に放熱することが可能となる。

次に、実施形態２に係る部品実装基板２００Ａについて、図３を用いて説明する。図３は、部品実装基板２００Ａの実装基板９０Ａの側面断面図である。本実施形態に係る部品実装基板２００Ａは、実装基板９０Ａの層間接続導体２０Ａの断面積が大きい点で、実施形態１に係る部品実装基板２００と相違する。換言すれば、層間接続導体２０Ａは、層間接続導体３１〜３３に比べて、太い。

このような層間接続導体２０Ａを形成するには、層間接続導体３１〜３３を形成する場合に比べて、絶縁体シートに形成される孔を大きくし、当該孔への導電材料の充填量を多くすればよい。すると、積層体１０の焼結時に、層間接続導体２０Ａは、層間接続導体３１〜３３よりも膨張し、上面１０Ｓから突出する。

次に、実施形態３に係る部品実装基板２００Ｂについて、図４を用いて説明する。図４は、部品実装基板２００Ｂの実装基板９０Ｂの側面断面図である。本実施形態に係る部品実装基板２００Ｂは、実装基板９０Ｂの層間接続導体２０Ｂの一部が層間接続導体３１〜３３に比べて太い点において、実施形態２に係る部品実装基板２００Ａと相違する。

図４に示すように、層間接続導体２０Ｂは、細径部２０Ｂ１と太径部２０Ｂ２とからなる。細径部２０Ｂ１は、第１層１から第３層３を貫通し、上面１０Ｓから突出している。太径部２０Ｂ２は、第４層４から第６層６までを貫通している。

このように、部分的に層間接続導体３１〜３３より太くても、全体の体積が大きいので、層間接続導体２０Ｂは、積層体１０の焼結後に、上面１０Ｓから突出する。なお、図４は一例を示すものであり、太径部は、第１層１〜第６層６までのいずれかの層に、存在すればよい。

次に、実施形態４に係る部品実装基板２００Ｃについて、図５を用いて説明する。図５は、部品実装基板２００Ｃの実装基板９０Ｃの側面断面図である。本実施形態に係る部品実装基板２００Ｃは、実装基板９０Ｃの層間接続導体２０Ｃが、複数の層間接続導体２０Ｃ１と、各層間接続導体２０Ｃ１に挟まれる印刷電極２０Ｃ２と、からなる点において、実施形態１に係る部品実装基板２００と相違する。

印刷電極２０Ｃ２は、層間接続導体２０Ｃ１用の導電材料が充填された孔の上に、さらに導電材料が塗布されることによって形成される。図５では、層間接続導体３１〜３３は、印刷電極を備えないが、層間接続導体２０Ｃが備える印刷電極の数を超えない範囲で、印刷電極を備えてもよい。

次に、実施形態５に係る部品実装基板２００Ｄについて、図６を用いて説明する。図６は、部品実装基板２００Ｄの実装基板９０Ｄの側面断面図である。本実施形態に係る部品実装基板２００Ｄは、実施形態２に係る部品実装基板２００Ａの特徴と、実施形態４に係る部品実装基板２００Ｃの特徴とを組み合わせたものである。

具体的には、層間接続導体２０Ｄの径は、層間接続導体３１〜３３の径より太く、複数の印刷電極２０Ｄ１を備える。実装基板９０ＤがＬＴＣＣ、ＨＴＣＣなどのセラミックスを含む焼成型の多層基板である場合、面積が比較的小さい柱状電極１１１と接続される層間接続導体２０Ｄの径を層間接続導体３１〜３３の径より太くすることで、焼成時の積層方向における層間接続導体２０Ｄ近傍の多層基板の収縮率を小さくでき、多層基板の表面の積層方向における実装基板９０Ｄの第１層１からの層間接続導体２０Ｄ高さが、層間接続導体３１〜３３の高さより高くできるため好ましい。また、実装基板９０Ｄの上面１０Ｓから突出する層間接続導体２０Ｄの距離を長く形成することが容易になり、実装時の押圧による実装基板９０Ｄに作用する応力を相対的に低下できるため好ましい。さらに、積層方向から実装基板９０Ｄを視て、セラミックス層間に配置された複数の印刷電極２０Ｄ１と層間接続導体２０Ｄとが重なるように配置されると、多層基板の表面の積層方向における実装基板９０Ｄの第１層１からの層間接続導体２０Ｄ高さと、層間接続導体３１〜３３の高さとの距離の差を大きくできるためより好ましい。

無論、実施形態３に係る部品実装基板２００Ｂの特徴と、実施形態４に係る部品実装基板２００Ｃの特徴とを組み合わせることで、印刷電極を備え、一部のみが太い層間接続導体を形成してもよい。

次に、実施形態６に係る部品実装基板２００Ｅについて、図７を用いて説明する。図７は、部品実装基板２００Ｅの側面断面図である。本実施形態に係る部品実装基板２００Ｅは、実装基板９０Ｅの接続電極２０Ｅ１が導電接合部１１２と物理的且つ電気的に接続される点、及び積層体１０Ｅが上面１０Ｓに凹部４０を備える点、において実施形態１に係る部品実装基板２００と相違する。

図７に示すように、凹部４０は、積層体１０Ｅが部分的に第７層７を含む７層からなり、他の部分が６層からなることにより、形成されている。具体的には、凹部４０は、積層体１０Ｅを積層方向に沿って視ると、柱状電極１２１を含むように、形成されている。上面１０Ｓの凹部４０以外の領域は、第７層７が第１層１の上に積層されてなる。

接続導体２０Ｅは、接続電極２０Ｅ１と、層間接続導体２０Ｅ２とからなる。接続電極２０Ｅ１は、上面１０Ｓのうち、第７層７が積層された領域に配置されている。第７層７の厚みは、積層方向における接続電極２０Ｅ１の位置と接続電極３０の位置との差分ｄ１が高周波部品１００における差分ｄ２と等しくなるように、設定されている。

１０，１０Ｅ…積層体
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ…層間接続導体
２０Ｂ１…細径部
２０Ｂ２…太径部
２０Ｃ１…層間接続導体
２０Ｃ２，２０Ｄ１…印刷電極
２０Ｅ…接続導体
２０Ｅ１…接続電極
２０Ｅ２…層間接続導体
３０…接続電極
３１，３２，３３…層間接続導体
４０…凹部
２００，２００Ａ，２００Ｂ，２００Ｃ，２００Ｄ，２００Ｅ…部品実装基板
９０，９０Ａ，９０Ｂ，９０Ｃ，９０Ｄ，９０Ｅ…実装基板
１００…高周波部品
１０１…基板
１１１，１２１…柱状電極
１１２，１２２…導電接合部

Claims

第１柱状電極及び第２柱状電極を有する部品と、
前記部品が主面に実装される積層構造の実装基板と、
を備える部品実装基板であって、
前記実装基板は、第１接続導体と、第２接続導体と、を有し、
前記部品は、前記第１柱状電極及び第１接続導体の間に配置される第１導電接合部と、前記第２柱状電極及び第２接続導体の間に配置される第２導電接合部と、を有し、
前記第１柱状電極の前記主面に平行な方向の断面積は、前記第２柱状電極の前記方向の断面積より小さく、
前記実装基板の積層方向において、前記第１接続導体と前記第１導電接合部との接続部の位置は、前記第２接続導体と前記第２導電接合部との接続部の位置よりも、前記主面の位置から遠く、
前記部品は、パワーアンプを含み、
前記パワーアンプは、前記積層方向に沿って視た場合に、前記第２柱状電極に対応する位置に配置され、
前記第１接続導体は、前記積層方向に沿って延伸する第１層間接続導体であり、
前記第２接続導体は、
前記主面に配置される平膜状の接続電極と、
それぞれが前記積層方向に沿って延伸し、前記接続電極に接続される、複数の第２層間接続導体と、
を有する、
部品実装基板。
前記第１層間接続導体は、前記主面から突出している
請求項１に記載の部品実装基板。
前記第１層間接続導体の体積は、前記第２層間接続導体の体積より大きい、
請求項２に記載の部品実装基板。
前記第１層間接続導体の熱膨張率は、前記第２層間接続導体の熱膨張率より大きい、
請求項２又は３に記載の部品実装基板。
前記実装基板は、電極を層間に有し、
前記実装基板を前記積層方向に沿って視ると、前記第１接続導体の領域に存在する前記電極の数は、前記第２接続導体の領域に存在する前記電極の数より多い、
請求項１〜４のいずれかに記載の部品実装基板。
第１柱状電極及び第２柱状電極を有する部品と、
前記部品が主面に実装される積層構造の実装基板と、
を備える部品実装基板であって、
前記実装基板は、前記主面に配置される第１接続電極と、前記主面に配置される第２接続電極と、を有し、
前記部品は、前記第１柱状電極及び第１接続導体の間に配置される第１導電接合部と、前記第２柱状電極及び第２接続導体の間に配置される第２導電接合部と、を有し、
前記第１柱状電極の前記主面に平行な方向の断面積は、前記第２柱状電極の前記方向の断面積より小さく、
前記実装基板は、前記主面において前記第２接続電極の領域が凹部となっており、
前記部品は、パワーアンプを含み、
前記パワーアンプは、積層方向に沿って視た場合に、前記第２柱状電極に対応する位置に配置され、
前記第１接続導体は、前記積層方向に沿って延伸する第１層間接続導体であり、
前記第２接続導体は、
前記主面に配置される平膜状の接続電極と、
それぞれが前記積層方向に沿って延伸し、前記接続電極に接続される、複数の第２層間接続導体と、
を有する、
部品実装基板。
前記凹部は、前記実装基板の積層方向に沿って視ると、前記第１接続電極の領域の前記実装基板の層数が、前記第２接続電極の領域の前記実装基板の層数よりも多いことで、形成されている、
請求項６に記載の部品実装基板。