JP7382210B2 - 配線基板、電子装置及び配線基板の製造方法 - Google Patents
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Description
なお、添付図面は、便宜上、特徴を分かりやすくするために特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが各図面で同じであるとは限らない。また、断面図では、各部材の断面構造を分かりやすくするために、一部の部材のハッチングを梨地模様に代えて示し、一部の部材のハッチングを省略している。
まず、図1~図6に従って、電子装置10の構造について説明する。
図1に示すように、電子装置10は、配線基板20と、配線基板20に実装された1つ又は複数の電子部品90とを有している。
配線基板20は、例えば、直方体状に形成されている。本例の配線基板20の平面形状は、矩形状に形成されている。配線基板20の大きさは、例えば、平面視で、4mm×4mm~10mm×10mm程度とすることができる。配線基板20の厚さは、例えば、0.4mm~1.1mm程度とすることができる。ここで、本明細書において、「平面視」とは、対象物を金属板50の上面の法線方向(図1の上下方向)から視ることを言い、「平面形状」とは、対象物を金属板50の上面の法線方向から視た形状のことを言う。
次に、図1~図4に従って、金属板30の構造について説明する。
図3及び図4に示すように、金属板30は、複数の電極31と、複数の配線33と、複数の配線36とを有している。これら複数の電極31と複数の配線33と複数の配線36とは、例えば、同一平面上に形成されている。金属板30には、その金属板30を厚さ方向に貫通して、複数の電極31と複数の配線33と複数の配線36とを画定する開口部30Xが形成されている。なお、図3は、金属板30及び絶縁層70を上方から視た平面図であり、図4は、金属板30及び絶縁層70を下方から視た平面図である。
複数の電極31は、互いに離間して形成されている。複数の電極31は、例えば、配線基板20(電子装置10)の外周領域に形成されている。複数の電極31は、例えば、配線基板20の外形をなす四辺のうち対向する二辺に対応して設けられ、その対向する二辺が並ぶ方向(図中左右方向)に互いに対向して設けられている。
図3に示すように、各配線33は、電子部品60の実装領域に設けられている。ここで、本例における電子部品60の実装領域は、電極31よりも配線基板20の内周側に設けられている。配線33は、電極31と一体に形成された配線34と、電極31と離れて設けられた複数の配線35とを有している。
図3及び図4に示すように、複数の配線36は、例えば、配線基板20の角部に形成されている。複数の配線36は、例えば、配線基板20の四隅(4箇所の角部)に形成されている。各配線36は、例えば、電極31及び配線34,35と離間して形成されている。
突出部36Bは、例えば、本体部36Aの側面から配線基板20の外周縁側に向かって突出するように形成されている。突出部36Bの厚さは、例えば、突出部31Bと同じ厚さに形成されている。突出部36Bの厚さは、例えば、本体部36Aの厚さよりも薄く形成されている。突出部36Bは、本体部36Aの下面側から上面側に凹むように形成されている。突出部36Bの下面は、例えば、絶縁層70によって被覆されている。
次に、金属板40の構造について説明する。
図1及び図2に示すように、金属板40の下面は、拡散接合によって金属板30の上面に接合されている。これにより、金属板40は、金属板30と電気的に接続されている。ここで、拡散接合とは、接合する金属材料同士を密着させ、真空や不活性ガス等の雰囲気中で、加圧・加熱することで金属材料同士の接合面に生じる原子の拡散を利用して金属材料同士を原子レベルで接合する技術である。なお、拡散接合によって接合された金属板30と金属板40とは、界面の無い状態で(すなわち、隙間が全く無い状態で)一体化され、金属板30の上面と金属板40の下面とが直接接合される。ここで、本実施形態の各図面では、金属板30と金属板40とを分かり易くするために、両者を実線にて区別している。但し、実際には、金属板30と金属板40との界面は消失していることがあり、境界が明確ではないことがある。
複数の電極41は、互いに離間して形成されている。複数の電極41は、配線基板20の外周領域に形成されている。複数の電極41は、例えば、配線基板20の外形をなす四辺のうち対向する二辺に対応して設けられ、その対向する二辺が並ぶ方向(図中左右方向)に互いに対向して設けられている。
本体部41Aは、例えば、直方体状に形成されている。本体部41Aは、例えば、べた状に形成されている。本体部41Aは、例えば、配線基板20の外形をなす辺に沿って延びる所定の幅を有し、配線基板20の外周縁側から配線基板20の内周側に延びるようにべた状に形成されている。本体部41Aの幅寸法は、例えば、配線基板20の外形をなす各辺の長さの0.3倍~0.7倍の長さに設定することができる。
図5に示すように、複数の配線45は、互いに離間して形成されている。複数の配線45は、配線基板20の外周領域に形成されている。複数の配線45は、配線基板20の外周縁に沿って所定の間隔を空けて設けられている。本例では、配線基板20の外形をなす辺のうち電極41の形成されていない辺に沿って5個の配線45が所定の間隔を空けて設けられている。
図5に示すように、複数の配線46は、例えば、配線基板20の角部に形成されている。配線46は、例えば、配線基板20の四隅に形成されている。各配線46は、例えば、複数の電極41及び複数の配線45と離間して形成されており、複数の電極41及び複数の配線45と電気的に絶縁されている。
次に、金属板50の構造について説明する。
図1及び図2に示すように、金属板50の下面は、拡散接合によって金属板40の上面に接合されている。これにより、金属板50は、金属板40と電気的に接続されている。ここで、本実施形態の各図面では、金属板40と金属板50とを分かり易くするために、両者を実線にて区別している。但し、実際には、金属板40と金属板50との界面は消失していることがあり、境界が明確ではないことがある。
複数の電極51は、互いに離間して形成されている。複数の電極51は、配線基板20の外周領域に形成されている。複数の電極51は、例えば、配線基板20の外形をなす四辺のうち対向する二辺に対応して設けられ、その対向する二辺が並ぶ方向(図中左右方向)に互いに対向して設けられている。
本体部51Aは、例えば、直方体状に形成されている。本体部51Aは、例えば、べた状に形成されている。本体部51Aは、例えば、配線基板20の外形をなす辺に沿って延びる所定の幅を有し、配線基板20の外周縁側から配線基板20の内周側に延びるようにべた状に形成されている。本体部51Aの幅寸法は、例えば、配線基板20の外形をなす各辺の長さの0.3倍~0.7倍の長さに設定することができる。
図6に示すように、複数の配線55は、互いに離間して形成されている。複数の配線55は、配線基板20の外周領域に形成されている。複数の配線55は、配線基板20の外周縁に沿って所定の間隔を空けて設けられている。本例では、配線基板20の外形をなす辺のうち電極51の形成されていない辺に沿って5個の配線55が所定の間隔を空けて設けられている。
配線55の外側面55S、つまり各突出部55Cの配線基板20の外周縁側の外側面55Sは、例えば、絶縁層70の外側面70Sから露出されている。配線55の外側面55Sは、例えば、絶縁層70の外側面70Sと略面一に形成されている。
図6に示すように、複数の配線56は、例えば、配線基板20の角部に形成されている。配線56は、例えば、配線基板20の四隅に形成されている。各配線56は、例えば、複数の電極51及び複数の配線55と離間して形成されており、複数の電極51及び複数の配線55と電気的に絶縁されている。
図1及び図2に示すように、配線基板20では、金属板30の上面に金属板40が拡散接合により接合され、金属板40の上面に金属板50が拡散接合により接合されている。このとき、金属板40,50には、電子部品60の実装領域に位置する金属板30(具体的には、配線34及び配線35の実装部35A)を露出する開口部40Y,50Yがそれぞれ形成されている。配線基板20では、開口部40Y,50Yと、それら開口部40Y,50Yに露出する金属板30とによって、電子部品60を収容するキャビティ20Zが形成されている。すなわち、キャビティ20Zの底面は、配線34及び配線35の実装部35Aによって構成され、キャビティ20Zの内側面は、開口部40Y,50Yの内側面によって構成されている。
図1に示すように、電子部品60は、キャビティ20Zに収容されている。電子部品60は、金属板30の上面に実装されている。例えば、電子部品60は、配線34の上面及び配線35の実装部35Aの上面に実装されている。
図1及び図2に示すように、絶縁層70は、金属板30と金属板40と金属板50との間の空間、及び金属板30,40,50と電子部品60との間の空間を充填するように形成されている。絶縁層70は、例えば、金属板30,40,50にそれぞれ形成された開口部30X,40X,50Xを充填するように形成されている。詳述すると、絶縁層70は、各電極31間、各配線33間、各配線36(図3参照)間、及び電極31と配線33と配線36との間を充填するように形成されている。絶縁層70は、各電極41間、各配線45間、各配線46(図5参照)間、及び電極41と配線45と配線46との間を充填するように形成されている。絶縁層70は、各電極51間、各配線55間、各配線56(図6参照)間、及び電極51と配線55と配線56との間を充填するように形成されている。絶縁層70は、例えば、電子部品60を全体的に被覆するように形成されている。
次に、図7に従って、電子装置10の実装形態の一例について説明する。
電子装置10は、例えば、マザーボード等の実装用の配線基板100に実装される。ここで、配線基板100の上面には、複数の配線層101が形成されている。電子装置10は、電極31がはんだ層111によって配線層101に接合されている。例えば、電極31の外側面31S及び下面31Uに形成された金属層80は、はんだ層111により配線層101に接合されている。このとき、金属層80が、電極31の下面31Uだけではなく、電極31の外側面31Sにも形成されている。すなわち、金属層80が立体的に形成されている。これにより、金属層80とはんだ層111とが立体的に接合されるため、好適なフィレットを有するはんだ層111が形成される。このようなはんだ層111は、接合強度が高い。したがって、電極31の下面31Uのみに金属層80が形成される場合に比べて、電極31(金属層80)と配線層101との接続信頼性を向上させることができる。
次に、電子装置10の製造方法について説明する。なお、説明の便宜上、最終的に電子装置10の各構成要素となる部分には、最終的な構成要素の符号を付して説明する。
次に、図10(b)に示す工程では、金属板30Aの上面に開口パターン120Xを有するレジスト層120を形成するとともに、金属板30Aの下面に開口パターン121X,121Yを有するレジスト層121を形成する。開口パターン120X,121Xは、開口部30X(図1参照)の形成領域に対応する部分の金属板30Aの上面及び下面をそれぞれ露出するように形成される。開口パターン121Yは、凹部30Z(図9参照)の形成領域に対応する部分の金属板30Aの下面を露出するように形成される。
次に、図14及び図15に示す工程では、大判の金属板50Aを準備する。金属板50Aは、例えば、金属板50が形成される個別領域A3がマトリクス状(ここでは、2×2)に複数個連設されている。なお、図14に示した例では、金属板50Aが4個の個別領域A3を有するが、個別領域A3の数は特に制限されない。以下では、説明の簡略化のために、1つの個別領域A3に着目して説明を行う。
次に、図16に示す工程では、金属板30Aの上方に、金属板40Aと、金属板50Aとを順に配置する。このとき、個別領域A1,A2,A3が互いに平面視で重なるように、金属板30A,40A,50Aを配置する。すなわち、個別領域A1,A2,A3が上下に整列するように、金属板30A,40A,50Aを配置する。具体的には、金属板30Aの電極31と金属板40Aの電極41とが対向し、電極41と金属板50Aの電極51とが対向するように金属板30A,40A,50Aを配置する。また、金属板40Aの開口部40Yと金属板50Aの開口部50Yが配線34及び配線35の実装部35Aと平面視で重なるように金属板30A,40A,50Aを配置する。図示は省略するが、実装部35Aを除いた配線35と配線45と配線55とがそれぞれ上下に整列し、配線36,46,56がそれぞれ上下に整列するように、金属板30A,40A,50Aを配置する。このとき、図8に示したフレーム部37の突起部37Aと、図12に示したフレーム部47の突起部47Aと、図14に示したフレーム部57の突起部57Aとが平面視で重なるように配置される。
次に、ダイシングソー等により、図中の一点鎖線で示す切断位置における絶縁層70、フレーム部47,57を切断し、個別の配線基板20に個片化する。このとき、本例の切断位置は、各個別領域A1,A2,A3において、電極31の外側面31Sを被覆する金属層80の側面よりも外側の位置に設定されている。これにより、ダイシングソー等によって金属層80の表面が損傷することを好適に抑制できる。また、本工程により、図25に示すように、切断面である、電極41の外側面41Sと電極51の外側面51Sと絶縁層70の外側面70Sとが略面一に形成される。
次いで、図26に示す工程では、電気検査により良品と判定された配線基板20に電子部品90を実装する。配線基板20の電極51の上面に形成された金属層82上に、電子部品90を接合材91により実装する。
(1)電極31の上面に電極41を拡散接合するようにした。これにより、拡散接合によって電極31と電極41とを一体化できるため、電極31と電極41との接続部分において電気抵抗が上昇することを好適に抑制できる。換言すると、ビア配線を通じてビルドアップ配線層同士を接続する場合に比べて、電極31と電極41とを低抵抗で接続することができる。このため、電極31と電極41との電気的接続の信頼性を向上させることができる。
上記実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
例えば図27に示すように、配線基板20の個片化の前に、各個別領域A1,A2,A3における電極51の上面に電子部品90を実装するようにしてもよい。この場合には、電子部品90を実装した後に、ダイシングソー等により、図中の一点鎖線で示す切断位置における絶縁層70、フレーム部47,57を切断し、個別の電子装置10に個片化する。
例えば図28に示すように、配線基板20に、電子部品90と、複数の電子部品92とを実装するようにしてもよい。電子部品92としては、例えば、チップコンデンサ、チップインダクタやチップ抵抗などの受動部品や、半導体チップ、トランジスタやダイオードなどの能動部品を用いることができる。電子部品92としては、例えば、シリコン製の部品やセラミック製の部品を用いることができる。本実施形態の電子部品92は、チップコンデンサである。
・上記実施形態の金属板40,40Aにおける凹部40Zの形成を省略してもよい。
・上記実施形態の金属板50,50Aにおける凹部50Zの形成を省略してもよい。
20 配線基板
30,30A 金属板(第1金属板)
30Z 凹部(第1凹部)
31 電極(第1電極)
31A 本体部(第1本体部)
31B 突出部(第1突出部)
31S 外側面
31U 下面
33 配線
34 配線(実装部)
35 配線
35A 実装部
37 フレーム部(第1フレーム部)
37A 突起部(第1突起部)
40,40A 金属板(第2金属板)
40Y 開口部(第1開口部)
40Z 凹部(第2凹部)
41 電極(第2電極)
41A 本体部(第2本体部)
41B 突出部(第2突出部)
47 フレーム部(第2フレーム部)
47A 突起部(第2突起部)
50,50A 金属板(第3金属板)
50Y 開口部(第2開口部)
51 電極(第3電極)
51A 本体部
51B 突出部
57 フレーム部
57A 突起部
60 電子部品
70 絶縁層
70S 外側面
70U 下面
80,81,82 金属層
90,92 電子部品
Claims (11)
- 第1電極と、電子部品が実装される実装部を含む配線とを有する第1金属板と、
前記第1電極の上面に拡散接合された第2電極を有する第2金属板と、を有し、
前記第2金属板は、前記実装部を露出し、前記電子部品を収容可能な大きさに形成された第1開口部を有する配線基板。 - 前記第1電極は、べた状に形成された第1本体部を有し、
前記第2電極は、べた状に形成され、前記第1本体部の上面に拡散接合された第2本体部を有する請求項1に記載の配線基板。 - 前記第1電極は、前記第1本体部の側面から外方に突出し、前記第1本体部よりも薄く形成された第1突出部を有し、
前記第2電極は、前記第2本体部の側面から外方に突出し、前記第2本体部よりも薄く形成された第2突出部を有する請求項2に記載の配線基板。 - 前記第1金属板は、前記第1電極及び前記配線を支持する第1フレーム部を有し、
前記第2金属板は、前記第2電極を支持する第2フレーム部を有し、
前記第1フレーム部は、前記第1本体部よりも薄く形成された第1凹部と、所定の間隔を空けて形成され前記第1本体部と同じ厚さに形成された第1突起部とを有し、
前記第2フレーム部は、前記第2本体部よりも薄く形成された第2凹部と、所定の間隔を空けて形成され前記第2本体部と同じ厚さに形成された第2突起部とを有し、
前記第1突起部の上面に前記第2突起部が拡散接合されている請求項3に記載の配線基板。 - 前記第2電極の上面に拡散接合された第3電極を有する第3金属板を更に有し、
前記第3金属板は、前記実装部を露出し、前記電子部品を収容可能な大きさに形成された第2開口部を有し、
前記第2開口部は、前記第1開口部上に形成されている請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の配線基板。 - 前記第1開口部内に収容され、前記実装部に実装された電子部品と、
前記第1金属板と前記第2金属板と前記電子部品との間を充填し、前記電子部品を被覆する絶縁層と、を更に有し、
前記第2電極の上面は、前記絶縁層から露出する電極パッドを有する請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の配線基板。 - 前記第1開口部及び前記第2開口部内に収容され、前記実装部に実装された電子部品と、
前記第1金属板と前記第2金属板と前記第3金属板と前記電子部品との間を充填し、前記電子部品を被覆する絶縁層と、を更に有し、
前記第3電極の上面は、前記絶縁層から露出する電極パッドを有する請求項5に記載の配線基板。 - 前記第1電極の側面のうち前記配線基板の外周縁側に位置する外側面と前記第1電極の下面とは、前記絶縁層から露出されており、
前記第1電極の前記外側面と前記第1電極の下面とを連続して被覆する金属層を更に有する請求項6又は請求項7に記載の配線基板。 - 請求項6から請求項8のいずれか1項に記載の配線基板と、
前記電極パッドの上面を被覆する金属層と、
前記電極パッドの上面に形成された前記金属層に実装された電子部品と、を有する電子装置。 - 金属板をプレス加工又はエッチング加工し、第1電極と、電子部品が実装される実装部を含む配線とを有する第1金属板を形成する工程と、
金属板をプレス加工又はエッチング加工し、第2電極と第1開口部とを有する第2金属板を形成する工程と、
前記第1電極と前記第2電極とが平面視で重なり、且つ前記実装部と前記第1開口部とが平面視で重なるように、第1金属板の上面に前記第2金属板を重ねる工程と、
前記第1電極の上面に前記第2電極を拡散接合する工程と、
を有する配線基板の製造方法。 - 前記第1電極の上面に前記第2電極を拡散接合した後に、
前記第1開口部に露出する前記実装部に前記電子部品を実装する工程と、
前記第1金属板と前記第2金属板と前記電子部品との間を充填し、前記電子部品を被覆する絶縁層を形成する工程と、
を有する請求項10に記載の配線基板の製造方法。
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