集合配線基板
【課題】
１枚の集合配線基板から同時に製造できる電子部品の数量減少を防ぎ、もって作業効率低下やコスト増といった問題を解決することができるとともに、平坦な配線基板に半導体素子が搭載され、他の回路基板に良好に実装することが可能な電子装置を安定して供給することが可能な集合配線基板を提供すること。
【解決手段】
半導体素子１５が搭載される搭載部８を上面中央部に有する複数の配線基板１０と、前記搭載部８を囲繞する大きさの複数の貫通口２４を有するフレーム２０とを備え、前記配線基板１０の上面周端部と前記フレーム２０の前記貫通口２４周辺部とを、前記搭載部８を前記貫通口２４から露出させるように接合して成ることを特徴とする集合配線基板３０。
１枚の集合配線基板から同時に製造できる電子部品の数量減少を防ぎ、もって作業効率低下やコスト増といった問題を解決することができるとともに、平坦な配線基板に半導体素子が搭載され、他の回路基板に良好に実装することが可能な電子装置を安定して供給することが可能な集合配線基板を提供すること。
【解決手段】
半導体素子１５が搭載される搭載部８を上面中央部に有する複数の配線基板１０と、前記搭載部８を囲繞する大きさの複数の貫通口２４を有するフレーム２０とを備え、前記配線基板１０の上面周端部と前記フレーム２０の前記貫通口２４周辺部とを、前記搭載部８を前記貫通口２４から露出させるように接合して成ることを特徴とする集合配線基板３０。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子が搭載される搭載部を有する複数の小型の配線基板が、搭載部を囲繞する貫通口を有するフレームに接合された集合配線基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体素子を搭載するための小型の配線基板を多数同時に製造する形態として集合配線基板が用いられている。この集合配線基板は、複数の小型の配線基板を間に切断領域を設けて縦横の並びに一体的に配列形成して成る。そして、各配線基板上に例えば半田バンプを介して半導体素子を搭載した後、封止樹脂による封止を行う。この後、切断領域に沿って切断することで各配線基板に半導体素子が搭載された電子装置が同時に多数個製造される。
【０００３】
このような集合配線基板は、半導体素子を搭載する前に各配線基板の電気検査や外観検査を実施しておき、不良と判断された配線基板にはマーキングを施したり、位置情報を記録したりする。こうすることで、不良と判断された配線基板に半導体素子を搭載することを回避している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１８９８２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、従来の集合配線基板においては、半導体素子を搭載する前に検査を実施し、不良配線基板に半導体素子を搭載することを回避している。ところが、近年、配線基板の回路の微細化や多層化が進むにつれ加工が複雑で難易度が高くなり、集合配線基板内における配線基板の良品割合が低下する傾向にある。このため、１枚の集合配線基板から同時に製造できる電子装置の数量が減少し、作業効率低下やコスト増といった問題が生じている。
【０００６】
また、従来の集合配線基板においては、封止樹脂による封止を行う際に、封止樹脂を硬化させるために加熱した後、室温に戻すと封止樹脂の熱膨張係数が配線基板の熱膨張係数よりも大きいため、封止樹脂が配線基板よりも大きく熱収縮し、その結果、配線基板の上面側が凹面となるような反りが発生してしまう。このような反りが大きい場合、集合配線基板を切断して形成された個々の電子装置を、他の回路基板上に実装する際にその実装が困難となる。
【０００７】
本発明は、これらの問題点に鑑み案出されたものであり、その解決しようとする課題は、集合配線基板内の配線基板の良品割合を上げることで、１枚の集合配線基板から同時に製造できる電子装置の数量減少を防ぎ、もって作業効率低下やコスト増といった問題を解決することができるとともに、封止樹脂による封止時の熱処理工程が原因で生じる電子装置の反りを、使用する封止樹脂を低減することで抑制し、それにより平坦な配線基板に半導体素子が搭載され、他の回路基板に良好に実装することが可能な電子装置を安定して供給することが可能な集合配線基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の集合配線基板は、半導体素子が搭載される搭載部を上面中央部に有する複数の配線基板と、搭載部を囲繞する大きさの複数の貫通口を有するフレームとを備え、配線基板の上面周端部とフレームの貫通口周辺部とを、搭載部を貫通口から露出させるように接合して成ることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の集合配線基板によれば、フレームに個別の配線基板を複数接合させて１枚の集合配線基板を形成することから、フレームに良品の配線基板のみを選んで接合させることにより配線基板の良品割合が非常に高い集合配線基板とすることができる。したがって、１枚の集合配線基板から同時に製造できる電子装置の数量減少を防ぎ、作業効率低下やコスト増といった問題を解決することができる。
【００１０】
また、本発明の集合配線基板によれば、フレームにより剛性が高められているとともにフレームに形成された貫通口周辺部の下面に、配線基板の上面周端部を半導体素子搭載部を貫通口から露出させるように接合させることで、封止樹脂の量を最小限に抑えて配線基板の上面側が凹状に変形することを抑制できる。これにより平坦な配線基板に半導体素子が搭載され、他の回路基板に良好に実装することが可能な電子装置を安定して供給することが可能な集合配線基板を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１（ａ）、（ｂ）は、本発明の集合配線基板における実施形態の一例を説明するための断面図および上面図である。
【図２】図２（ａ）、（ｂ）は、本発明の集合配線基板における配線基板の一例を説明するための断面図および上面図である。
【図３】図３（ａ）、（ｂ）は、本発明の集合配線基板におけるフレームの一例を説明するための断面図および上面図である。
【図４】図４は、本発明の集合配線基板における実施形態の一例を説明するための断面図である。
【図５】図５は、本発明の集合配線基板における実施形態の一例を説明するための断面図である。
【図６】図６は、本発明の集合配線基板における実施形態の一例を説明するための断面図である。
【図７】図７は、本発明の集合配線基板における実施形態の一例を説明するための断面図である。
【図８】図８は、本発明の集合配線基板における実施形態の一例を説明するための断面図である。
【図９】図９は、本発明の集合配線基板における実施形態の一例を説明するための断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の集合配線基板における実施形態の一例を説明するための断面図である。
【図１１】図１１は、本発明の集合配線基板における実施形態の一例を説明するための断面図である。
【図１２】図１２は、本発明の集合配線基板における実施形態の一例を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、本発明の集合配線基板の実施形態の一例を図１、図２、図３、図４、図５、図６、図７、図８、図９を基にして詳細に説明する。これらの図中、１０は配線基板、２０はフレームであり、主としてこれらにより本例の集合配線基板３０が構成される。
【００１３】
本例の集合配線基板３０は、図１に示すように、半導体素子１５を搭載するための複数の小型の配線導体１０が、これらの配線基板１０を支持するためのフレーム２０の下面に接合されて成る。
【００１４】
配線基板１０は図２（ａ），（ｂ）に示すように、例えば絶縁板１ａの上下に絶縁層１ｂを１層ずつ積層した絶縁基板１と、絶縁板１ａと絶縁層１ｂとの上に形成された導体層２と、保護用のソルダーレジスト層３とを備えている。なお、配線基板１０の上面中央部には半導体素子１５が搭載される搭載部８が形成されている。
【００１５】
絶縁基板１を構成する絶縁板１ａは、ガラス繊維にエポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂などの熱硬化性樹脂を含浸させた電気絶縁材料からなり、上下に貫通するスルーホール４がドリル加工により複数形成されている。スルーホール４の側壁にはスルーホール導体２ａが形成されており、それにより絶縁板１ａの上下の導体層２間の導通をとっている。
【００１６】
絶縁板１ａの上下に積層された絶縁層１ｂは、エポキシ樹脂やポリイミド樹脂などの熱硬化性樹脂を含有する電気絶縁材料からなり、その上面から下面にかけて貫通するビアホール５がレーザ加工により複数形成されている。ビアホール５にはビア導体２ｂが充填されており、それにより絶縁層１ｂの上下の導体層２間の導通をとっている。
【００１７】
導体層２は銅めっき層や銅箔等の金属で形成された配線で、例えば周知のサブトラクティブ法やセミアディティブ法で形成されている。導体層２は、半導体素子１５への電力の供給や信号の入出力を行なう経路としての機能を有している。
【００１８】
ソルダーレジスト層３はアクリル変性エポキシ樹脂等の感光性を有する熱硬化性樹脂から成り、導体層２の一部を露出させる開口部３ｃ，３ｄ，３ｅを有している。このソルダーレジスト層３は、導体層２の電気的絶縁を良好に保つとともに導体層２を保護する機能を有している。
【００１９】
搭載部８においてソルダーレジスト層３の開口部３ｃから露出した導体層２の一部は、半導体素子接続パッド６を形成している。この半導体素子接続パッド６には半導体素子１５の電極１６が例えば半田バンプを介して接続される。また下面においてソルダーレジスト層３の開口部３ｄから露出した導体層２の一部は、外部接続パッド９を形成している。この外部接続パッド９は外部電気回路基板の配線導体に例えば半田ボールを介して接続される。さらに本例では、配線基板１０の上面周端部においてソルダーレジスト層３の開口部３ｅから導体層２の一部が露出している。この開口部３ｅから露出した一部は、フレーム２０と電気的に接続するためのフレーム接続パッド７を形成している。なお、このフレーム接続パッド７は、後述するフレーム２０の導通導体２２に接続される。
【００２０】
フレーム２０は図３（ａ）に示すように、絶縁板２１と、絶縁板２１を貫通する導通導体２２と、絶縁板２１の上下に形成されたソルダーレジスト層２３とを備えている。このフレーム２０は、複数の配線基板１０を所定の配列で支持する支持体として機能し、支持される配線基板１０の配列に対応した位置に配線基板１０の搭載部８を囲繞する大きさの貫通口２４を有している。また貫通口２４の周囲には、上述したフレーム接続パッド７と対応する位置に導通導体２２が形成されている。
【００２１】
絶縁板２１は、ガラス繊維にエポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂などの熱硬化性樹脂を含浸させた電気絶縁材料からなる。貫通口２４は、例えばルーター加工により形成される。また貫通口２４の周囲には導通導体２２を形成するためのスルーホール２５がドリル加工により複数形成されている。この絶縁板２１は、フレーム２０の強度をもたせる芯材としての機能を有しており、本例の集合配線基板３０に半導体素子１５を搭載した後に封止作業を施す際に生じる反りを抑制する剛性保持のため、厚みは０．３ｍｍ以上あることが望ましい。
【００２２】
導通導体２２は、例えば銅めっきから成り、スルーホール２５の側壁にめっき法などにより銅等の金属を被着させることにより形成されている。導通導体２２は配線基板１０のフレーム接続パッド７と接続されることにより、フレーム２０の上面に他の電子部品や放熱板等を配線基板１０の導体層２に電気的に接続された状態で搭載可能とする。
【００２３】
ソルダーレジスト層２３は、エポキシ樹脂やポリイミド樹脂などの熱硬化性樹脂を含有する電気絶縁材料から成り、導通導体２２の上端および下端を露出させる開口部２３ａ、２３ｂを有している。
【００２４】
そして、このフレーム２０の下面に複数の配線基板１０が、それぞれ貫通口２４内に搭載部８が露出するとともにフレーム接続パッド７と導通導体２２とが電気的に接続されるようにして接合されることにより図１に示した本例の集合配線基板３０が形成されている。配線基板１０とフレーム２０との接合はフレーム２０の貫通口２４の周辺部に複数形成された導通導体２２と、配線基板１０の上面周端部に複数形成された対応するフレーム接続パッド７とを、接合材３５を介して接合することにより行なわれる。接合材３５には例えば半田が用いられ、印刷法により半田バンプ（不図示）をフレーム接続パッド７上に形成しておき、対応する導通導体２２を半田バンプ上に載せてフレーム２０と配線基板１０を重ね合わせた状態で２２０℃〜２６０℃の条件でリフロー処理することにより配線基板１０とフレーム２０とが接合される。
【００２５】
また、接合材３５には上述の半田の他に、異方性導電フィルムや異方性導電ペーストといった異方性導電材料を用いてもよい。これは、エポキシ系樹脂や合成ゴム系樹脂などの熱硬化性樹脂の中に、金めっき処理を施した樹脂などの導電性粒子を混合したもので、フレーム接続パッド７上に異方性導電材料を載せ、対応する導通導体２２を異方性導電材料に載せてフレーム２０と配線基板１０を重ね合わせた状態で１００〜２００℃、３〜５ＭＰａの条件で熱圧着することにより接合される。
【００２６】
ところで、配線基板１０はフレーム２０に接合される前に電気検査や外観検査が行われ、良品の配線基板１０のみをフレーム２０に接合する。それにより、配線基板１０の良品割合が非常に高い集合配線基板３０とすることができる。その後、集合配線基板３０には、接合された各々の配線基板１０の搭載部８に半導体素子１５が搭載される。半導体素子１５を搭載するには、例えば半導体素子接続パッド６に半田ボールを搭載しておき、対応する半導体素子１５の電極１６を半田ボールに重ね合わせて約２２０℃〜２６０℃の条件でリフロー処理を行う、いわゆるフリップチップ技術で接続する。半導体素子１５を搭載した後は、貫通口２４内に熱硬化性樹脂から成る封止樹脂を注入し、その後、封止樹脂を熱硬化させることにより半導体素子１５の封止を行う。樹脂の注入は、例えば印刷マスクを用いて樹脂を塗布する印刷法により行なわれる。このとき、本発明の集合配線基板３０によれば、貫通口２４の側壁が封止樹脂の流出を防ぐ役割を有するため、従来必要であった封止樹脂注入のための金型が不要となる。また、貫通口２４の大きさを封止に必要な最小限の大きさにとどめておくことで、注入する封止樹脂を低減することができる。封止樹脂の熱硬化は、１５０〜２５０℃の温度で行なう。このとき集合配線基板３０は、フレーム２０によりその剛性が高められているので封止樹脂の熱収縮による配線基板１０の変形を抑えることができる。
【００２７】
封止作業完了後は、例えばフレーム２０の上にさらに他の電子部品または放熱板が搭載される。フレーム２０の上にさらに他の電子部品が搭載される形態は、いわゆるＰｏＰ（Ｐａｃｋａｇｅ ｏｎ Ｐａｃｋａｇｅ）とよばれる。その実施形態の説明を図４を用いて行う。この場合、フレーム２０に設けられた開口部２３ａから露出する導通導体２２と、他の電子部品４１の電極４２とを半田等の導電性の接合材を介して接合させることで、他の電子部品４１が配線基板１０と電気的に接続された状態で搭載が可能となる。また、フレーム２０の上に金属から成る放熱板が搭載される場合は、放熱板と導通導体２２とを半田等の導電性の接合材を介して接合させる。放熱板は接地電位に接続されることが好ましい。
【００２８】
集合配線基板３０に半導体素子１５や他の電子部品が搭載された後は、配線基板１０の間の切断領域に沿って例えばダイシング装置によって切断され個別の電子装置が完成する。
【００２９】
ここまで説明したように、集合配線基板３０はフレーム２０に良品の配線基板１０のみを選んで接合することにより、１枚の集合配線基板３０から同時に製造できる電子部品の数量減少を防ぎ、作業効率低下やコスト増といった問題を解決することができる。また、フレーム２０により剛性が高められているとともに配線基板１０に搭載する半導体素子１５を封止する際の封止樹脂を最小限に抑えることで、封止樹脂と配線基板１０との熱膨張の差による変形を抑制することができる。これにより平坦な配線基板１０に半導体素子１５が搭載され、他の回路基板に良好に実装することが可能な電子装置を安定して供給することが可能な集合配線基板３０を提供できる。
【００３０】
なお、本発明は上述の実施形態の一例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あれば種々の変更は可能である。例えば上述の実施形態の一例では、フレーム２０が導通導体２２を備えており、この導通導体２２と電気的に接続されるようにしてフレーム２０の上に他の電子部品や放熱板を搭載する例を示したが、フレーム２０は、必ずしも導通導体２２を備えている必要はなく、フレーム２０の上に必ずしも他の電子部品や放熱板を搭載する必要もない。
【００３１】
さらに、本発明の集合配線基板は、例えばコンデンサや抵抗などを内蔵した電子装置においても適用可能である。その実施形態例の説明を図５を用いて行う。この例の場合、例えば受動部品５４ａ，５４ｂを組み込んだ部品内蔵の配線基板５６をフレーム２０に接合させている。なお、受動部品５４ａは配線基板５６の内部に埋設されている。また、受動部品５４ｂは配線基板５６の上面でフレーム２０に対応する位置に搭載されている。フレーム２０には受動部品５４ｂに対応する位置に受動部品５４ｂを収容可能な凹部が形成されている。そして配線基板５６の上面端部のフレーム接続パッド５５と、開口部２３ｂから露出する導通導体２２とを導電性の接合材を介してフレーム２０に接合する。その後、配線基板５６の上面に半導体素子５３を例えば上述のフリップチップ技術で搭載する。さらにフレーム２０の貫通口２４内に封止樹脂を注入するとともに貫通口２４を塞ぐように金属製の放熱板５１を接合する。このとき、放熱板５１はフレーム２０の導通導体２２を介して配線基板５６の接地導体に電気的に接続されることが好ましい。また、半導体素子５３と放熱板５１との間は、例えばサーマルグリスや熱伝導性粒子を含有したエポキシ樹脂などの接続層５２を介在させて熱的に接続することが好ましい。このような態様を採ることによって、受動部品を備えた反りの小さな電子装置を、高い良品割合で効率的かつ安定して提供できる。
【００３２】
また、先述の２６段落において、配線基板１０が接合されたフレーム２０の貫通口２４内全体に封止樹脂を充填する説明を行ったが、本発明の配線基板は、樹脂による接合部の補強が必要な部分にだけ封止樹脂を充填する電子装置においても適用可能である。その実施形態例の説明を図６を用いて行う。この例の場合、まず、配線基板６１を配線基板６１の上面端部のフレーム接続パッド６３とフレーム２０の下面側の開口部２３ｂから露出する導通導体２２とを導電性の接合材を介してフレーム２０に接合する。その後、半導体素子６２ａおよび６２ｂを配線基板６１の上面に導電性の接合材を介して実装する。次に、熱硬化性樹脂から成る封止樹脂６６を、例えばエアノズルを用いて配線基板６１とフレーム２０との接合部、あるいは配線基板６１と半導体素子６２ａおよび６２ｂとの接合部に注入する。このとき、半導体素子の周囲に封止樹脂６６の流出を防ぐための囲いをソルダーレジストなどにより形成しておくと注入が容易になる。そして、１５０〜２５０℃の温度で封止樹脂６６を熱硬化させることにより封止樹脂６６の充填が完了する。次に、第２の配線基板６４を、第２の配線基板６４の下面端部の電極６５とフレーム２０の上面側の開口部２３ａから露出する貫通導体２２とが接続されるようにして導電性の接合材を介してフレーム２０に接合する。このように、貫通口２４内に充填する封止樹脂の分量を少なくすることで、先述した配線基板と封止樹脂との熱膨張係数の違いから発生する電子装置６０の反りをより抑制することが可能となる。
【００３３】
また、本発明の集合配線基板は、例えば配線基板に高さの高い電子部品を実装する電子装置においても適用可能である。その実施形態例の説明を図７を用いて行う。この例の場合、まず、配線基板７１を、配線基板７１の上面端部のフレーム接続パッド７３とフレーム２０の下面側の開口部２３ｂから露出する導通導体２２とを導電性の接合材を介してフレーム２０に接合する。その後、電子部品７２を配線基板７１の上面に導電性の接合材を介して実装する。次に、第２の配線基板７４を、第２の配線基板７４の下面端部の電極７５とフレーム２０の上面側の開口部２３ａから露出する貫通導体２２とが接続されるようにして導電性の接合材を介してフレーム２０に接合する。このとき、電子部品７２に対応する位置の、第２の配線基板７４には、フレーム２０から突出する電子部品７２を収容することができる開口部７６が形成されている。開口部７６はルーター装置などにより形成される。このような態様を採ることによって、電子部品７２が第２の配線基板７４と緩衝することを回避でき、電子装置７０の厚みが増大することなく電子装置７０を、高い良品割合で効率的かつ安定して提供できる。さらに、本例の電子部品７２として可変抵抗部品を実装し、開口部７６を利用して可変部分の操作を行うことが可能な電子装置への適用もできる。
【００３４】
また、本発明の集合配線基板は、例えば電子装置内側の配線基板に付着したフラックス残渣を、効率的に洗浄することが必要な電子装置においても適用可能である。その実施形態の説明を図８を用いて行う。この例の場合、まず、配線基板８１を配線基板８１の上面端部のフレーム接続パッド８３と、フレーム２０の下面側の開口部２３ｂから露出した導通導体２２とを導電性の接合材を介してフレーム２０に接合する。その後、半導体素子８２を配線基板８１の上面に導電性の接合材を介して実装する。次に、第２の配線基板８４を、第２の配線基板８４の下面端部の電極８５とフレーム２０の上面側の開口部２３ａから露出する導通導体２２とが接続されるようにして導電性の接合材を介して接合する。ここで、第２の配線基板８４をフレーム２０に接合した際に、貫通口２４を完全に塞がないように、貫通口２４の開口幅を第２の配線基板８４の幅よりも大きく形成して開口を残しておき、フラックス残渣の洗浄液の注入および排出口として利用する。このとき、フレーム２０において、配線基板８１と第２の配線基板８４との接合部に対応する位置には、複数の貫通孔８６と複数の溝８７が形成されている。そして、第２の配線基板８４において、貫通孔８６と溝８７とに対応する位置には第２の貫通孔８８が形成されている。貫通孔８６はドリル装置により形成され径はφ０．０８〜０．５ｍｍ程度である。溝８７はルーター装置により形成され、幅は０．０３〜１ｍｍ程度であり深さは０．５〜１０μｍ程度である。第２の貫通孔８８はドリル装置で形成され径はφ０．１〜１ｍｍ程度である。これらの貫通孔８６および溝８７および第２の貫通孔８８により、フレーム２０と配線基板８１、あるいはフレーム２０と第２の配線基板８４との接合部の隙間にも十分な量の洗浄液を行渡らせることが可能となり、電子装置内側の配線基板表面に付着しているフラックス残渣を効率よく洗浄することが可能となる。
【００３５】
また、本発明の集合配線基板は、例えば配線基板の両主面上に半導体素子や電子部品を複数個実装することが必要な電子装置においても適用可能である。その実施形態の説明を図９を用いて行う。この例の場合、まず配線基板９１を配線基板９１の上面端部のフレーム接続パッド９３と、フレーム２０の下面側の開口部２３ｂから露出した導通導体２２とを導電性の接合材を介してフレーム２０に接合する。その後、半導体素子９２および第１の電子部品９４を配線基板９１上面側のフレーム２０に囲繞された個所に導電性の接合材を介して実装する。次に、配線基板９１の下面の電極９５と、第２の電子部品９６とを導電性の接合材を介して実装する。次に、フレーム２０の上面側の開口部２３ａから露出した導通導体２２を外部接続パッドとして、外部電子回路基板９７と導電性の接合材を介して接続する。このように、配線基板９１と外部電子回路基板９７との間にフレーム２０を介在させることで、配線基板９１上面側のフレーム２０によって囲繞された個所に空間ができ、半導体素子９２や第１の電子部品９４を実装することができるとともに、配線基板９１の下面側にも第２の電子部品９６を実装することが可能となる。これにより、配線基板の両主面上に半導体素子や電子部品を複数個実装することが可能となる。
【００３６】
また、本発明の集合配線基板は、例えば配線基板上に半田を介して電子部品を実装する際のリフロー処理熱による配線基板の反りの発生や、配線基板のフレームからの落下を抑制した電子装置においても適用可能である。その実施形態例の説明を図１０を用いて行う。この例の場合、集合配線基板１００は、配線基板１０１とフレーム２０とが半田１０４および樹脂から成る接着材料１０５の両方を介して接合されている。このような集合配線基板１００を形成するには、まず配線基板１０１の上面に形成されたフレーム接続パッド１０３の上に半田ペーストを印刷塗布する。次に、半田ペーストが塗布されたフレーム接続パッド１０３のさらに外周部の配線基板１０１上面周端部に接着材料１０５を塗布する。接着材料１０５には、例えばアクリル樹脂などの紫外線硬化性樹脂を含有するものを用いる。その後、リフロー処理をすることによりフレーム２０の下面側の導通導体２２とフレーム接続パッド１０３とを半田１０４を介して接合する。このとき、配線基板１０１上面周端部に塗布した接着材料１０５はフレーム２０の下面と接触する。この状態で紫外線を接着材料１０５に照射することで接着材料１０５を硬化させ配線基板１０１とフレーム２０とを接合させる。これにより、フレームと２０と配線基板１０１とを半田および樹脂の両方で接合させることができる。次に、配線基板１０１の上面に電子部品１０２を半田を介してリフロー処理により実装する。このとき、配線基板１０１とフレーム２０とを接合する半田１０４がリフロー処理時の熱により再溶融することがある。しかし、接着材料１０５によっても両者が接合されていることから、配線導体１０１とフレーム２０とは接着材料１０５によりしっかりと固定される。したがって、半田１０４が溶融したとしても配線基板１０１が熱によって大きく反ったり、配線基板１０１がフレーム２０から落下したりすることを抑制することが可能な電子装置を提供することができる。なお、紫外線硬化型樹脂を含有する接着材料に替わり、リフロー処理時の熱により硬化するエポキシ樹脂等の熱硬化型樹脂を含有するものを使用しても良い。この場合、例えば半田ペーストを印刷塗布した後に接着材料を配線基板１０１上に塗布しておき、フレーム２０と配線基板１０１とをリフロー処理することにより、半田ペーストとともに接着材料も硬化してフレーム２０と配線基板１０１とを半田および接着材料の両方で接合することができる。
【００３７】
また、本発明の集合配線基板は、例えば電子装置を電子機器等の筐体に変形や破損させることなくネジにより固定することが必要な電子装置においても適用可能である。その実施形態の説明を図１１を用いて行う。この例の場合、集合配線基板１１０は、配線基板１１１とフレーム２０と第２の配線基板１１４とから構成されている。この集合配線基板１１０においては、まず、配線基板１１１をフレーム２０に接合する。両者の接合は、配線基板１１１の上面端部のフレーム接続パッド１１３とフレーム２０の下面側の導通導体２２とを導電性の接合材を接合することにより行なう。その後、電子部品１１２を配線基板１１１の上面に実装する。次に、第２の配線基板１１４をフレーム２０に接合する。両者の接合は、第２の配線基板１１４の下面端部の電極１１５と、フレーム２０の上面側の導通導体２２とを導電性の接合材を介して接合することによって行なう。
【００３８】
なお、この例では、フレーム２０にネジ止め孔１１６が穿孔されている。
ネジ止め孔１１６は、集合配線基板１１０を分割して得られる電子装置を電子機器の筐体１１８にネジ１１９を介して固定する際に用いられるものである。さらに、配線基板１１１および第２の配線基板１１４には、ネジ止め孔１１６に対応する位置にネジ止め孔１１６とその周囲を露出させる開口部１１７ａおよび１１７ｂが開口されている。これらのネジ止め孔１１６や開口部１１７ａおよび１１７ｂはドリル装置等により形成される。
【００３９】
他方、電子機器の筐体１１８には、配線基板１１１の開口部１１７ａ内に挿入されるとともに、フレーム２０の下面におけるネジ止め孔１１６の周囲を支持する円筒状の支持体１１８ａが設けられている。支持体１１８ａは、その内部にネジ１１９を挿通可能な内径を有するとともに、配線基板１１１の下面が筐体１１８に接触しない状態で配置できる長さを有している。また、支持体１１８内の底面部分には、ネジ１１９と螺合可能なネジ穴１１８ｂが形成されている。そして、ネジ１１９を配線基板１１４に形成された開口部１１７ｂからネジ止め孔１１６に挿入して筐体１１８に形成されたネジ穴１１８ｂに固定する。このような形態をとることで、フレーム２０のみが支持体１１８ａに支持されて筐体１１８と固定され、配線基板１１１や第２の配線基板１１４はネジ１１９の締め付けによる負荷を受けない。これにより、本例の集合配線基板１１０を分割して得られる電子装置を電子機器等にネジ１１９により固定する際、変形や破損をすることのない電子装置を提供することができる。なお、電子部品１１２と配線基板１１１との間隙や、フレーム２０と配線基板１１１および第２の配線基板１１４との間隙を封止樹脂により封止する場合、封止樹脂が、ネジ止め孔１１６に流入することを防止するために、例えばネジ止め孔１１６の周囲のソルダーレジスト層３、２３に堤状の突起部３ａ，２３ａを形成したり、配線基板１１１の上面およびフレーム２０の下面に開口部１１７ａを囲繞する環状の電極１１３ａを形成しておくとともに両者間を半田等の封止材料１１３ｂで接合したりしてもよい。
【００４０】
また、本発明の集合配線基板は、例えばフレームと配線基板間との接合部における電気的接続状態を検査することが必要な電子装置においても適用可能である。その実施形態例の説明を図１２を用いて行う。この例の場合、集合配線基板１２０は、配線基板１２１とフレーム２０と第２の配線基板１２４とを備えている。このような集合配線基板１２０においては、まず、配線基板１２１をフレーム２０に接合する。両者の接合は、配線基板１２１の上面端部のフレーム接続パッド１２３とフレーム２０の下面側の導通導体２２とを導電性の接合材を介して接合することにより行なう。その後、電子部品１２２を配線基板１２１の上面に実装する。次に第２の配線基板１２４をフレーム２０の上面に接合する。両者の接合は、第２の配線基板１２４の下面端部の電極１２５とフレーム２０の上面側の導通導体２２とを導電性の接合材を介して接合することにより行なう。
【００４１】
なお、この例では、例えばフレーム２０の上下面にはフレーム２０と配線基板１２１および第２の配線基板１２４との接合部における電気的接続状態を検査するための導通テスト用パッド２６ａ、２６ｂが形成されている。これらの導通テスト用パッド２６ａ、２６ｂは貫通導体２２と電気的に接続されている。また、配線基板１２１の上下面には導通テスト用パッド１２６ａ、１２６ｂが形成されている。これらの導通テスト用パッド１２６ａ、１２６ｂはフレーム接続パッド１２３と電気的に接続されている。さらに、第２の配線基板１２４の上下面には導通テスト用パッド１２７ａ、１２７ｂが形成されている。これらの導通テスト用パッド１２７ａ、１２７ｂは電極１２５と電気的に接続されている。
【００４２】
そして、これらの各導通テスト用パッドの内、集合配線基板１２０の内部に位置する導通テスト用パッド２６ａ、２６ｂ、１２６ａ、１２７ｂに対しては、これらの各導通テスト用パッドに外部から接触可能なように、各導通テスト用パッドと対峙するフレーム２０および配線基板１２１および配線基板１２４に開口部１２８が形成されている。そして、例えば第２の配線基板１２４とフレーム２０との接合部における電気的接続状態を検査する場合は、導通テスト装置の一方のプローブを導通テスト用パッド１２７ａに当てるとともに、もう一方のプローブを開口部１２８に通してその奥にある導通テスト用パッド２６ａに当てればよい。このように外部から接触可能な導通テスト用パッドをフレーム２０および配線基板１２１および第２の配線基板１２４に形成することでフレーム２０と配線基板１２１および第２の配線基板１２４との接合部における電気的接続状態を容易に検査することが可能な集合配線基板１２０を提供することができる。なお、導通テスト用パッドを外部から接触可能にする形態としては、導通テスト用パッドと対峙する位置に開口部を設ける形態の他に、フレームもしくは配線基板の一方の一部に、他方から外側に突出する突出部を設けるとともに当該突出部に導通テスト用パッドを形成する形態としてもよい。
【符号の説明】
【００４３】
２ 導体層
７ フレーム接続パッド
８ 搭載部
１０ 配線基板
１５ 半導体素子
２０ フレーム
２２ 導通導体
２４ 貫通口
３０ 集合配線基板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子が搭載される搭載部を有する複数の小型の配線基板が、搭載部を囲繞する貫通口を有するフレームに接合された集合配線基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体素子を搭載するための小型の配線基板を多数同時に製造する形態として集合配線基板が用いられている。この集合配線基板は、複数の小型の配線基板を間に切断領域を設けて縦横の並びに一体的に配列形成して成る。そして、各配線基板上に例えば半田バンプを介して半導体素子を搭載した後、封止樹脂による封止を行う。この後、切断領域に沿って切断することで各配線基板に半導体素子が搭載された電子装置が同時に多数個製造される。
【０００３】
このような集合配線基板は、半導体素子を搭載する前に各配線基板の電気検査や外観検査を実施しておき、不良と判断された配線基板にはマーキングを施したり、位置情報を記録したりする。こうすることで、不良と判断された配線基板に半導体素子を搭載することを回避している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１８９８２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、従来の集合配線基板においては、半導体素子を搭載する前に検査を実施し、不良配線基板に半導体素子を搭載することを回避している。ところが、近年、配線基板の回路の微細化や多層化が進むにつれ加工が複雑で難易度が高くなり、集合配線基板内における配線基板の良品割合が低下する傾向にある。このため、１枚の集合配線基板から同時に製造できる電子装置の数量が減少し、作業効率低下やコスト増といった問題が生じている。
【０００６】
また、従来の集合配線基板においては、封止樹脂による封止を行う際に、封止樹脂を硬化させるために加熱した後、室温に戻すと封止樹脂の熱膨張係数が配線基板の熱膨張係数よりも大きいため、封止樹脂が配線基板よりも大きく熱収縮し、その結果、配線基板の上面側が凹面となるような反りが発生してしまう。このような反りが大きい場合、集合配線基板を切断して形成された個々の電子装置を、他の回路基板上に実装する際にその実装が困難となる。
【０００７】
本発明は、これらの問題点に鑑み案出されたものであり、その解決しようとする課題は、集合配線基板内の配線基板の良品割合を上げることで、１枚の集合配線基板から同時に製造できる電子装置の数量減少を防ぎ、もって作業効率低下やコスト増といった問題を解決することができるとともに、封止樹脂による封止時の熱処理工程が原因で生じる電子装置の反りを、使用する封止樹脂を低減することで抑制し、それにより平坦な配線基板に半導体素子が搭載され、他の回路基板に良好に実装することが可能な電子装置を安定して供給することが可能な集合配線基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の集合配線基板は、半導体素子が搭載される搭載部を上面中央部に有する複数の配線基板と、搭載部を囲繞する大きさの複数の貫通口を有するフレームとを備え、配線基板の上面周端部とフレームの貫通口周辺部とを、搭載部を貫通口から露出させるように接合して成ることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の集合配線基板によれば、フレームに個別の配線基板を複数接合させて１枚の集合配線基板を形成することから、フレームに良品の配線基板のみを選んで接合させることにより配線基板の良品割合が非常に高い集合配線基板とすることができる。したがって、１枚の集合配線基板から同時に製造できる電子装置の数量減少を防ぎ、作業効率低下やコスト増といった問題を解決することができる。
【００１０】
また、本発明の集合配線基板によれば、フレームにより剛性が高められているとともにフレームに形成された貫通口周辺部の下面に、配線基板の上面周端部を半導体素子搭載部を貫通口から露出させるように接合させることで、封止樹脂の量を最小限に抑えて配線基板の上面側が凹状に変形することを抑制できる。これにより平坦な配線基板に半導体素子が搭載され、他の回路基板に良好に実装することが可能な電子装置を安定して供給することが可能な集合配線基板を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１（ａ）、（ｂ）は、本発明の集合配線基板における実施形態の一例を説明するための断面図および上面図である。
【図２】図２（ａ）、（ｂ）は、本発明の集合配線基板における配線基板の一例を説明するための断面図および上面図である。
【図３】図３（ａ）、（ｂ）は、本発明の集合配線基板におけるフレームの一例を説明するための断面図および上面図である。
【図４】図４は、本発明の集合配線基板における実施形態の一例を説明するための断面図である。
【図５】図５は、本発明の集合配線基板における実施形態の一例を説明するための断面図である。
【図６】図６は、本発明の集合配線基板における実施形態の一例を説明するための断面図である。
【図７】図７は、本発明の集合配線基板における実施形態の一例を説明するための断面図である。
【図８】図８は、本発明の集合配線基板における実施形態の一例を説明するための断面図である。
【図９】図９は、本発明の集合配線基板における実施形態の一例を説明するための断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の集合配線基板における実施形態の一例を説明するための断面図である。
【図１１】図１１は、本発明の集合配線基板における実施形態の一例を説明するための断面図である。
【図１２】図１２は、本発明の集合配線基板における実施形態の一例を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、本発明の集合配線基板の実施形態の一例を図１、図２、図３、図４、図５、図６、図７、図８、図９を基にして詳細に説明する。これらの図中、１０は配線基板、２０はフレームであり、主としてこれらにより本例の集合配線基板３０が構成される。
【００１３】
本例の集合配線基板３０は、図１に示すように、半導体素子１５を搭載するための複数の小型の配線導体１０が、これらの配線基板１０を支持するためのフレーム２０の下面に接合されて成る。
【００１４】
配線基板１０は図２（ａ），（ｂ）に示すように、例えば絶縁板１ａの上下に絶縁層１ｂを１層ずつ積層した絶縁基板１と、絶縁板１ａと絶縁層１ｂとの上に形成された導体層２と、保護用のソルダーレジスト層３とを備えている。なお、配線基板１０の上面中央部には半導体素子１５が搭載される搭載部８が形成されている。
【００１５】
絶縁基板１を構成する絶縁板１ａは、ガラス繊維にエポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂などの熱硬化性樹脂を含浸させた電気絶縁材料からなり、上下に貫通するスルーホール４がドリル加工により複数形成されている。スルーホール４の側壁にはスルーホール導体２ａが形成されており、それにより絶縁板１ａの上下の導体層２間の導通をとっている。
【００１６】
絶縁板１ａの上下に積層された絶縁層１ｂは、エポキシ樹脂やポリイミド樹脂などの熱硬化性樹脂を含有する電気絶縁材料からなり、その上面から下面にかけて貫通するビアホール５がレーザ加工により複数形成されている。ビアホール５にはビア導体２ｂが充填されており、それにより絶縁層１ｂの上下の導体層２間の導通をとっている。
【００１７】
導体層２は銅めっき層や銅箔等の金属で形成された配線で、例えば周知のサブトラクティブ法やセミアディティブ法で形成されている。導体層２は、半導体素子１５への電力の供給や信号の入出力を行なう経路としての機能を有している。
【００１８】
ソルダーレジスト層３はアクリル変性エポキシ樹脂等の感光性を有する熱硬化性樹脂から成り、導体層２の一部を露出させる開口部３ｃ，３ｄ，３ｅを有している。このソルダーレジスト層３は、導体層２の電気的絶縁を良好に保つとともに導体層２を保護する機能を有している。
【００１９】
搭載部８においてソルダーレジスト層３の開口部３ｃから露出した導体層２の一部は、半導体素子接続パッド６を形成している。この半導体素子接続パッド６には半導体素子１５の電極１６が例えば半田バンプを介して接続される。また下面においてソルダーレジスト層３の開口部３ｄから露出した導体層２の一部は、外部接続パッド９を形成している。この外部接続パッド９は外部電気回路基板の配線導体に例えば半田ボールを介して接続される。さらに本例では、配線基板１０の上面周端部においてソルダーレジスト層３の開口部３ｅから導体層２の一部が露出している。この開口部３ｅから露出した一部は、フレーム２０と電気的に接続するためのフレーム接続パッド７を形成している。なお、このフレーム接続パッド７は、後述するフレーム２０の導通導体２２に接続される。
【００２０】
フレーム２０は図３（ａ）に示すように、絶縁板２１と、絶縁板２１を貫通する導通導体２２と、絶縁板２１の上下に形成されたソルダーレジスト層２３とを備えている。このフレーム２０は、複数の配線基板１０を所定の配列で支持する支持体として機能し、支持される配線基板１０の配列に対応した位置に配線基板１０の搭載部８を囲繞する大きさの貫通口２４を有している。また貫通口２４の周囲には、上述したフレーム接続パッド７と対応する位置に導通導体２２が形成されている。
【００２１】
絶縁板２１は、ガラス繊維にエポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂などの熱硬化性樹脂を含浸させた電気絶縁材料からなる。貫通口２４は、例えばルーター加工により形成される。また貫通口２４の周囲には導通導体２２を形成するためのスルーホール２５がドリル加工により複数形成されている。この絶縁板２１は、フレーム２０の強度をもたせる芯材としての機能を有しており、本例の集合配線基板３０に半導体素子１５を搭載した後に封止作業を施す際に生じる反りを抑制する剛性保持のため、厚みは０．３ｍｍ以上あることが望ましい。
【００２２】
導通導体２２は、例えば銅めっきから成り、スルーホール２５の側壁にめっき法などにより銅等の金属を被着させることにより形成されている。導通導体２２は配線基板１０のフレーム接続パッド７と接続されることにより、フレーム２０の上面に他の電子部品や放熱板等を配線基板１０の導体層２に電気的に接続された状態で搭載可能とする。
【００２３】
ソルダーレジスト層２３は、エポキシ樹脂やポリイミド樹脂などの熱硬化性樹脂を含有する電気絶縁材料から成り、導通導体２２の上端および下端を露出させる開口部２３ａ、２３ｂを有している。
【００２４】
そして、このフレーム２０の下面に複数の配線基板１０が、それぞれ貫通口２４内に搭載部８が露出するとともにフレーム接続パッド７と導通導体２２とが電気的に接続されるようにして接合されることにより図１に示した本例の集合配線基板３０が形成されている。配線基板１０とフレーム２０との接合はフレーム２０の貫通口２４の周辺部に複数形成された導通導体２２と、配線基板１０の上面周端部に複数形成された対応するフレーム接続パッド７とを、接合材３５を介して接合することにより行なわれる。接合材３５には例えば半田が用いられ、印刷法により半田バンプ（不図示）をフレーム接続パッド７上に形成しておき、対応する導通導体２２を半田バンプ上に載せてフレーム２０と配線基板１０を重ね合わせた状態で２２０℃〜２６０℃の条件でリフロー処理することにより配線基板１０とフレーム２０とが接合される。
【００２５】
また、接合材３５には上述の半田の他に、異方性導電フィルムや異方性導電ペーストといった異方性導電材料を用いてもよい。これは、エポキシ系樹脂や合成ゴム系樹脂などの熱硬化性樹脂の中に、金めっき処理を施した樹脂などの導電性粒子を混合したもので、フレーム接続パッド７上に異方性導電材料を載せ、対応する導通導体２２を異方性導電材料に載せてフレーム２０と配線基板１０を重ね合わせた状態で１００〜２００℃、３〜５ＭＰａの条件で熱圧着することにより接合される。
【００２６】
ところで、配線基板１０はフレーム２０に接合される前に電気検査や外観検査が行われ、良品の配線基板１０のみをフレーム２０に接合する。それにより、配線基板１０の良品割合が非常に高い集合配線基板３０とすることができる。その後、集合配線基板３０には、接合された各々の配線基板１０の搭載部８に半導体素子１５が搭載される。半導体素子１５を搭載するには、例えば半導体素子接続パッド６に半田ボールを搭載しておき、対応する半導体素子１５の電極１６を半田ボールに重ね合わせて約２２０℃〜２６０℃の条件でリフロー処理を行う、いわゆるフリップチップ技術で接続する。半導体素子１５を搭載した後は、貫通口２４内に熱硬化性樹脂から成る封止樹脂を注入し、その後、封止樹脂を熱硬化させることにより半導体素子１５の封止を行う。樹脂の注入は、例えば印刷マスクを用いて樹脂を塗布する印刷法により行なわれる。このとき、本発明の集合配線基板３０によれば、貫通口２４の側壁が封止樹脂の流出を防ぐ役割を有するため、従来必要であった封止樹脂注入のための金型が不要となる。また、貫通口２４の大きさを封止に必要な最小限の大きさにとどめておくことで、注入する封止樹脂を低減することができる。封止樹脂の熱硬化は、１５０〜２５０℃の温度で行なう。このとき集合配線基板３０は、フレーム２０によりその剛性が高められているので封止樹脂の熱収縮による配線基板１０の変形を抑えることができる。
【００２７】
封止作業完了後は、例えばフレーム２０の上にさらに他の電子部品または放熱板が搭載される。フレーム２０の上にさらに他の電子部品が搭載される形態は、いわゆるＰｏＰ（Ｐａｃｋａｇｅ ｏｎ Ｐａｃｋａｇｅ）とよばれる。その実施形態の説明を図４を用いて行う。この場合、フレーム２０に設けられた開口部２３ａから露出する導通導体２２と、他の電子部品４１の電極４２とを半田等の導電性の接合材を介して接合させることで、他の電子部品４１が配線基板１０と電気的に接続された状態で搭載が可能となる。また、フレーム２０の上に金属から成る放熱板が搭載される場合は、放熱板と導通導体２２とを半田等の導電性の接合材を介して接合させる。放熱板は接地電位に接続されることが好ましい。
【００２８】
集合配線基板３０に半導体素子１５や他の電子部品が搭載された後は、配線基板１０の間の切断領域に沿って例えばダイシング装置によって切断され個別の電子装置が完成する。
【００２９】
ここまで説明したように、集合配線基板３０はフレーム２０に良品の配線基板１０のみを選んで接合することにより、１枚の集合配線基板３０から同時に製造できる電子部品の数量減少を防ぎ、作業効率低下やコスト増といった問題を解決することができる。また、フレーム２０により剛性が高められているとともに配線基板１０に搭載する半導体素子１５を封止する際の封止樹脂を最小限に抑えることで、封止樹脂と配線基板１０との熱膨張の差による変形を抑制することができる。これにより平坦な配線基板１０に半導体素子１５が搭載され、他の回路基板に良好に実装することが可能な電子装置を安定して供給することが可能な集合配線基板３０を提供できる。
【００３０】
なお、本発明は上述の実施形態の一例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あれば種々の変更は可能である。例えば上述の実施形態の一例では、フレーム２０が導通導体２２を備えており、この導通導体２２と電気的に接続されるようにしてフレーム２０の上に他の電子部品や放熱板を搭載する例を示したが、フレーム２０は、必ずしも導通導体２２を備えている必要はなく、フレーム２０の上に必ずしも他の電子部品や放熱板を搭載する必要もない。
【００３１】
さらに、本発明の集合配線基板は、例えばコンデンサや抵抗などを内蔵した電子装置においても適用可能である。その実施形態例の説明を図５を用いて行う。この例の場合、例えば受動部品５４ａ，５４ｂを組み込んだ部品内蔵の配線基板５６をフレーム２０に接合させている。なお、受動部品５４ａは配線基板５６の内部に埋設されている。また、受動部品５４ｂは配線基板５６の上面でフレーム２０に対応する位置に搭載されている。フレーム２０には受動部品５４ｂに対応する位置に受動部品５４ｂを収容可能な凹部が形成されている。そして配線基板５６の上面端部のフレーム接続パッド５５と、開口部２３ｂから露出する導通導体２２とを導電性の接合材を介してフレーム２０に接合する。その後、配線基板５６の上面に半導体素子５３を例えば上述のフリップチップ技術で搭載する。さらにフレーム２０の貫通口２４内に封止樹脂を注入するとともに貫通口２４を塞ぐように金属製の放熱板５１を接合する。このとき、放熱板５１はフレーム２０の導通導体２２を介して配線基板５６の接地導体に電気的に接続されることが好ましい。また、半導体素子５３と放熱板５１との間は、例えばサーマルグリスや熱伝導性粒子を含有したエポキシ樹脂などの接続層５２を介在させて熱的に接続することが好ましい。このような態様を採ることによって、受動部品を備えた反りの小さな電子装置を、高い良品割合で効率的かつ安定して提供できる。
【００３２】
また、先述の２６段落において、配線基板１０が接合されたフレーム２０の貫通口２４内全体に封止樹脂を充填する説明を行ったが、本発明の配線基板は、樹脂による接合部の補強が必要な部分にだけ封止樹脂を充填する電子装置においても適用可能である。その実施形態例の説明を図６を用いて行う。この例の場合、まず、配線基板６１を配線基板６１の上面端部のフレーム接続パッド６３とフレーム２０の下面側の開口部２３ｂから露出する導通導体２２とを導電性の接合材を介してフレーム２０に接合する。その後、半導体素子６２ａおよび６２ｂを配線基板６１の上面に導電性の接合材を介して実装する。次に、熱硬化性樹脂から成る封止樹脂６６を、例えばエアノズルを用いて配線基板６１とフレーム２０との接合部、あるいは配線基板６１と半導体素子６２ａおよび６２ｂとの接合部に注入する。このとき、半導体素子の周囲に封止樹脂６６の流出を防ぐための囲いをソルダーレジストなどにより形成しておくと注入が容易になる。そして、１５０〜２５０℃の温度で封止樹脂６６を熱硬化させることにより封止樹脂６６の充填が完了する。次に、第２の配線基板６４を、第２の配線基板６４の下面端部の電極６５とフレーム２０の上面側の開口部２３ａから露出する貫通導体２２とが接続されるようにして導電性の接合材を介してフレーム２０に接合する。このように、貫通口２４内に充填する封止樹脂の分量を少なくすることで、先述した配線基板と封止樹脂との熱膨張係数の違いから発生する電子装置６０の反りをより抑制することが可能となる。
【００３３】
また、本発明の集合配線基板は、例えば配線基板に高さの高い電子部品を実装する電子装置においても適用可能である。その実施形態例の説明を図７を用いて行う。この例の場合、まず、配線基板７１を、配線基板７１の上面端部のフレーム接続パッド７３とフレーム２０の下面側の開口部２３ｂから露出する導通導体２２とを導電性の接合材を介してフレーム２０に接合する。その後、電子部品７２を配線基板７１の上面に導電性の接合材を介して実装する。次に、第２の配線基板７４を、第２の配線基板７４の下面端部の電極７５とフレーム２０の上面側の開口部２３ａから露出する貫通導体２２とが接続されるようにして導電性の接合材を介してフレーム２０に接合する。このとき、電子部品７２に対応する位置の、第２の配線基板７４には、フレーム２０から突出する電子部品７２を収容することができる開口部７６が形成されている。開口部７６はルーター装置などにより形成される。このような態様を採ることによって、電子部品７２が第２の配線基板７４と緩衝することを回避でき、電子装置７０の厚みが増大することなく電子装置７０を、高い良品割合で効率的かつ安定して提供できる。さらに、本例の電子部品７２として可変抵抗部品を実装し、開口部７６を利用して可変部分の操作を行うことが可能な電子装置への適用もできる。
【００３４】
また、本発明の集合配線基板は、例えば電子装置内側の配線基板に付着したフラックス残渣を、効率的に洗浄することが必要な電子装置においても適用可能である。その実施形態の説明を図８を用いて行う。この例の場合、まず、配線基板８１を配線基板８１の上面端部のフレーム接続パッド８３と、フレーム２０の下面側の開口部２３ｂから露出した導通導体２２とを導電性の接合材を介してフレーム２０に接合する。その後、半導体素子８２を配線基板８１の上面に導電性の接合材を介して実装する。次に、第２の配線基板８４を、第２の配線基板８４の下面端部の電極８５とフレーム２０の上面側の開口部２３ａから露出する導通導体２２とが接続されるようにして導電性の接合材を介して接合する。ここで、第２の配線基板８４をフレーム２０に接合した際に、貫通口２４を完全に塞がないように、貫通口２４の開口幅を第２の配線基板８４の幅よりも大きく形成して開口を残しておき、フラックス残渣の洗浄液の注入および排出口として利用する。このとき、フレーム２０において、配線基板８１と第２の配線基板８４との接合部に対応する位置には、複数の貫通孔８６と複数の溝８７が形成されている。そして、第２の配線基板８４において、貫通孔８６と溝８７とに対応する位置には第２の貫通孔８８が形成されている。貫通孔８６はドリル装置により形成され径はφ０．０８〜０．５ｍｍ程度である。溝８７はルーター装置により形成され、幅は０．０３〜１ｍｍ程度であり深さは０．５〜１０μｍ程度である。第２の貫通孔８８はドリル装置で形成され径はφ０．１〜１ｍｍ程度である。これらの貫通孔８６および溝８７および第２の貫通孔８８により、フレーム２０と配線基板８１、あるいはフレーム２０と第２の配線基板８４との接合部の隙間にも十分な量の洗浄液を行渡らせることが可能となり、電子装置内側の配線基板表面に付着しているフラックス残渣を効率よく洗浄することが可能となる。
【００３５】
また、本発明の集合配線基板は、例えば配線基板の両主面上に半導体素子や電子部品を複数個実装することが必要な電子装置においても適用可能である。その実施形態の説明を図９を用いて行う。この例の場合、まず配線基板９１を配線基板９１の上面端部のフレーム接続パッド９３と、フレーム２０の下面側の開口部２３ｂから露出した導通導体２２とを導電性の接合材を介してフレーム２０に接合する。その後、半導体素子９２および第１の電子部品９４を配線基板９１上面側のフレーム２０に囲繞された個所に導電性の接合材を介して実装する。次に、配線基板９１の下面の電極９５と、第２の電子部品９６とを導電性の接合材を介して実装する。次に、フレーム２０の上面側の開口部２３ａから露出した導通導体２２を外部接続パッドとして、外部電子回路基板９７と導電性の接合材を介して接続する。このように、配線基板９１と外部電子回路基板９７との間にフレーム２０を介在させることで、配線基板９１上面側のフレーム２０によって囲繞された個所に空間ができ、半導体素子９２や第１の電子部品９４を実装することができるとともに、配線基板９１の下面側にも第２の電子部品９６を実装することが可能となる。これにより、配線基板の両主面上に半導体素子や電子部品を複数個実装することが可能となる。
【００３６】
また、本発明の集合配線基板は、例えば配線基板上に半田を介して電子部品を実装する際のリフロー処理熱による配線基板の反りの発生や、配線基板のフレームからの落下を抑制した電子装置においても適用可能である。その実施形態例の説明を図１０を用いて行う。この例の場合、集合配線基板１００は、配線基板１０１とフレーム２０とが半田１０４および樹脂から成る接着材料１０５の両方を介して接合されている。このような集合配線基板１００を形成するには、まず配線基板１０１の上面に形成されたフレーム接続パッド１０３の上に半田ペーストを印刷塗布する。次に、半田ペーストが塗布されたフレーム接続パッド１０３のさらに外周部の配線基板１０１上面周端部に接着材料１０５を塗布する。接着材料１０５には、例えばアクリル樹脂などの紫外線硬化性樹脂を含有するものを用いる。その後、リフロー処理をすることによりフレーム２０の下面側の導通導体２２とフレーム接続パッド１０３とを半田１０４を介して接合する。このとき、配線基板１０１上面周端部に塗布した接着材料１０５はフレーム２０の下面と接触する。この状態で紫外線を接着材料１０５に照射することで接着材料１０５を硬化させ配線基板１０１とフレーム２０とを接合させる。これにより、フレームと２０と配線基板１０１とを半田および樹脂の両方で接合させることができる。次に、配線基板１０１の上面に電子部品１０２を半田を介してリフロー処理により実装する。このとき、配線基板１０１とフレーム２０とを接合する半田１０４がリフロー処理時の熱により再溶融することがある。しかし、接着材料１０５によっても両者が接合されていることから、配線導体１０１とフレーム２０とは接着材料１０５によりしっかりと固定される。したがって、半田１０４が溶融したとしても配線基板１０１が熱によって大きく反ったり、配線基板１０１がフレーム２０から落下したりすることを抑制することが可能な電子装置を提供することができる。なお、紫外線硬化型樹脂を含有する接着材料に替わり、リフロー処理時の熱により硬化するエポキシ樹脂等の熱硬化型樹脂を含有するものを使用しても良い。この場合、例えば半田ペーストを印刷塗布した後に接着材料を配線基板１０１上に塗布しておき、フレーム２０と配線基板１０１とをリフロー処理することにより、半田ペーストとともに接着材料も硬化してフレーム２０と配線基板１０１とを半田および接着材料の両方で接合することができる。
【００３７】
また、本発明の集合配線基板は、例えば電子装置を電子機器等の筐体に変形や破損させることなくネジにより固定することが必要な電子装置においても適用可能である。その実施形態の説明を図１１を用いて行う。この例の場合、集合配線基板１１０は、配線基板１１１とフレーム２０と第２の配線基板１１４とから構成されている。この集合配線基板１１０においては、まず、配線基板１１１をフレーム２０に接合する。両者の接合は、配線基板１１１の上面端部のフレーム接続パッド１１３とフレーム２０の下面側の導通導体２２とを導電性の接合材を接合することにより行なう。その後、電子部品１１２を配線基板１１１の上面に実装する。次に、第２の配線基板１１４をフレーム２０に接合する。両者の接合は、第２の配線基板１１４の下面端部の電極１１５と、フレーム２０の上面側の導通導体２２とを導電性の接合材を介して接合することによって行なう。
【００３８】
なお、この例では、フレーム２０にネジ止め孔１１６が穿孔されている。
ネジ止め孔１１６は、集合配線基板１１０を分割して得られる電子装置を電子機器の筐体１１８にネジ１１９を介して固定する際に用いられるものである。さらに、配線基板１１１および第２の配線基板１１４には、ネジ止め孔１１６に対応する位置にネジ止め孔１１６とその周囲を露出させる開口部１１７ａおよび１１７ｂが開口されている。これらのネジ止め孔１１６や開口部１１７ａおよび１１７ｂはドリル装置等により形成される。
【００３９】
他方、電子機器の筐体１１８には、配線基板１１１の開口部１１７ａ内に挿入されるとともに、フレーム２０の下面におけるネジ止め孔１１６の周囲を支持する円筒状の支持体１１８ａが設けられている。支持体１１８ａは、その内部にネジ１１９を挿通可能な内径を有するとともに、配線基板１１１の下面が筐体１１８に接触しない状態で配置できる長さを有している。また、支持体１１８内の底面部分には、ネジ１１９と螺合可能なネジ穴１１８ｂが形成されている。そして、ネジ１１９を配線基板１１４に形成された開口部１１７ｂからネジ止め孔１１６に挿入して筐体１１８に形成されたネジ穴１１８ｂに固定する。このような形態をとることで、フレーム２０のみが支持体１１８ａに支持されて筐体１１８と固定され、配線基板１１１や第２の配線基板１１４はネジ１１９の締め付けによる負荷を受けない。これにより、本例の集合配線基板１１０を分割して得られる電子装置を電子機器等にネジ１１９により固定する際、変形や破損をすることのない電子装置を提供することができる。なお、電子部品１１２と配線基板１１１との間隙や、フレーム２０と配線基板１１１および第２の配線基板１１４との間隙を封止樹脂により封止する場合、封止樹脂が、ネジ止め孔１１６に流入することを防止するために、例えばネジ止め孔１１６の周囲のソルダーレジスト層３、２３に堤状の突起部３ａ，２３ａを形成したり、配線基板１１１の上面およびフレーム２０の下面に開口部１１７ａを囲繞する環状の電極１１３ａを形成しておくとともに両者間を半田等の封止材料１１３ｂで接合したりしてもよい。
【００４０】
また、本発明の集合配線基板は、例えばフレームと配線基板間との接合部における電気的接続状態を検査することが必要な電子装置においても適用可能である。その実施形態例の説明を図１２を用いて行う。この例の場合、集合配線基板１２０は、配線基板１２１とフレーム２０と第２の配線基板１２４とを備えている。このような集合配線基板１２０においては、まず、配線基板１２１をフレーム２０に接合する。両者の接合は、配線基板１２１の上面端部のフレーム接続パッド１２３とフレーム２０の下面側の導通導体２２とを導電性の接合材を介して接合することにより行なう。その後、電子部品１２２を配線基板１２１の上面に実装する。次に第２の配線基板１２４をフレーム２０の上面に接合する。両者の接合は、第２の配線基板１２４の下面端部の電極１２５とフレーム２０の上面側の導通導体２２とを導電性の接合材を介して接合することにより行なう。
【００４１】
なお、この例では、例えばフレーム２０の上下面にはフレーム２０と配線基板１２１および第２の配線基板１２４との接合部における電気的接続状態を検査するための導通テスト用パッド２６ａ、２６ｂが形成されている。これらの導通テスト用パッド２６ａ、２６ｂは貫通導体２２と電気的に接続されている。また、配線基板１２１の上下面には導通テスト用パッド１２６ａ、１２６ｂが形成されている。これらの導通テスト用パッド１２６ａ、１２６ｂはフレーム接続パッド１２３と電気的に接続されている。さらに、第２の配線基板１２４の上下面には導通テスト用パッド１２７ａ、１２７ｂが形成されている。これらの導通テスト用パッド１２７ａ、１２７ｂは電極１２５と電気的に接続されている。
【００４２】
そして、これらの各導通テスト用パッドの内、集合配線基板１２０の内部に位置する導通テスト用パッド２６ａ、２６ｂ、１２６ａ、１２７ｂに対しては、これらの各導通テスト用パッドに外部から接触可能なように、各導通テスト用パッドと対峙するフレーム２０および配線基板１２１および配線基板１２４に開口部１２８が形成されている。そして、例えば第２の配線基板１２４とフレーム２０との接合部における電気的接続状態を検査する場合は、導通テスト装置の一方のプローブを導通テスト用パッド１２７ａに当てるとともに、もう一方のプローブを開口部１２８に通してその奥にある導通テスト用パッド２６ａに当てればよい。このように外部から接触可能な導通テスト用パッドをフレーム２０および配線基板１２１および第２の配線基板１２４に形成することでフレーム２０と配線基板１２１および第２の配線基板１２４との接合部における電気的接続状態を容易に検査することが可能な集合配線基板１２０を提供することができる。なお、導通テスト用パッドを外部から接触可能にする形態としては、導通テスト用パッドと対峙する位置に開口部を設ける形態の他に、フレームもしくは配線基板の一方の一部に、他方から外側に突出する突出部を設けるとともに当該突出部に導通テスト用パッドを形成する形態としてもよい。
【符号の説明】
【００４３】
２ 導体層
７ フレーム接続パッド
８ 搭載部
１０ 配線基板
１５ 半導体素子
２０ フレーム
２２ 導通導体
２４ 貫通口
３０ 集合配線基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子が搭載される搭載部を上面中央部に有する複数の配線基板と、前記搭載部を囲繞する大きさの複数の貫通口を有するフレームとを備え、前記配線基板の上面周端部と前記フレームの前記貫通口周辺部とを、前記搭載部を前記貫通口から露出させるように接合して成ることを特徴とする集合配線基板。
【請求項２】
前記フレームの前記貫通口周辺部に、前記フレームの両主面を貫通する導通導体が複数形成されているとともに、前記配線基板の上面周端部に、前記配線基板に形成された導体層の一部からなるフレーム接続パッドが複数形成されており、対応する前記導通導体と前記フレーム接続パッドとが電気的に接続されることを特徴とする請求項１記載の集合配線基板。
【請求項３】
前記配線基板の搭載部に半導体素子が搭載されていることを特徴とする請求項１または２記載の集合配線基板。
【請求項４】
前記配線基板と前記フレームとの接合部の間隙、もしくは前記配線基板と該配線基板に搭載される前記半導体素子との接合部の間隙のいずれか、もしくは両方に樹脂を充填することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の集合配線基板。
【請求項５】
前記貫通口内の前記配線基板上面に前記フレームの上面より突出する高さの電子部品が実装されているとともに、前記フレームの上面に、前記電子部品に対応する位置に前記電子部品の前記フレームから突出する部位を収容可能な開口部または凹部を有する第２の配線基板が接合されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の集合配線基板。
【請求項６】
前記フレームの前記配線基板との接合部に対応する位置に、複数の貫通孔と溝との少なくとも一方が形成されているとともに、前記フレームの上面に、前記貫通孔と前記溝とに対応する位置に第２の貫通孔を有する第２の配線基板が、前記貫通口を完全に塞がない状態で接合されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の集合配線基板。
【請求項７】
前記フレームの前記配線基板との接合面と反対側の面に、外部電気回路基板が接続される外部接続パッドを有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の集合配線基板。
【請求項８】
前記フレームと前記配線基板とが半田および樹脂の両方により接合されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の集合配線基板。
【請求項９】
前記フレームに前記配線基板から露出するネジ止め孔が穿孔されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の集合配線基板。
【請求項１０】
前記フレームおよび前記配線基板の両主面に外部から接触可能な導通テスト用パッドが形成されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の集合配線基板。
【請求項１】
半導体素子が搭載される搭載部を上面中央部に有する複数の配線基板と、前記搭載部を囲繞する大きさの複数の貫通口を有するフレームとを備え、前記配線基板の上面周端部と前記フレームの前記貫通口周辺部とを、前記搭載部を前記貫通口から露出させるように接合して成ることを特徴とする集合配線基板。
【請求項２】
前記フレームの前記貫通口周辺部に、前記フレームの両主面を貫通する導通導体が複数形成されているとともに、前記配線基板の上面周端部に、前記配線基板に形成された導体層の一部からなるフレーム接続パッドが複数形成されており、対応する前記導通導体と前記フレーム接続パッドとが電気的に接続されることを特徴とする請求項１記載の集合配線基板。
【請求項３】
前記配線基板の搭載部に半導体素子が搭載されていることを特徴とする請求項１または２記載の集合配線基板。
【請求項４】
前記配線基板と前記フレームとの接合部の間隙、もしくは前記配線基板と該配線基板に搭載される前記半導体素子との接合部の間隙のいずれか、もしくは両方に樹脂を充填することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の集合配線基板。
【請求項５】
前記貫通口内の前記配線基板上面に前記フレームの上面より突出する高さの電子部品が実装されているとともに、前記フレームの上面に、前記電子部品に対応する位置に前記電子部品の前記フレームから突出する部位を収容可能な開口部または凹部を有する第２の配線基板が接合されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の集合配線基板。
【請求項６】
前記フレームの前記配線基板との接合部に対応する位置に、複数の貫通孔と溝との少なくとも一方が形成されているとともに、前記フレームの上面に、前記貫通孔と前記溝とに対応する位置に第２の貫通孔を有する第２の配線基板が、前記貫通口を完全に塞がない状態で接合されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の集合配線基板。
【請求項７】
前記フレームの前記配線基板との接合面と反対側の面に、外部電気回路基板が接続される外部接続パッドを有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の集合配線基板。
【請求項８】
前記フレームと前記配線基板とが半田および樹脂の両方により接合されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の集合配線基板。
【請求項９】
前記フレームに前記配線基板から露出するネジ止め孔が穿孔されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の集合配線基板。
【請求項１０】
前記フレームおよび前記配線基板の両主面に外部から接触可能な導通テスト用パッドが形成されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の集合配線基板。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−５１３８４（Ｐ２０１３−５１３８４Ａ）
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０９３１０（Ｐ２０１１−２０９３１０）
【出願日】平成２３年９月２６日（２０１１．９．２６）
【出願人】（３０４０２４８９８）京セラＳＬＣテクノロジー株式会社 (213)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２６日（２０１１．９．２６）
【出願人】（３０４０２４８９８）京セラＳＬＣテクノロジー株式会社 (213)
【Ｆターム（参考）】
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