電子部品の実装構造およびキャビティ基板の製造方法
【課題】製造が容易でかつ小型化された電子部品の実装構造を提供する。
【解決手段】メインボード１２上の第１の電子部品１３を収容するキャビティ部２４を有するキャビティ基板２１と、このキャビティ基板２１に実装された第２の電子部品１４とを備える。キャビティ部２４は、第１の電子部品１３と対向するベース層２３と、ベース層２３からメインボード１２に向けて延びるキャビティ層２５とによって形成される。キャビティ層２５は、メインボード１２側から見て、キャビティ部２４の一部を除いてキャビティ部２４を囲む形状に形成されている。
【解決手段】メインボード１２上の第１の電子部品１３を収容するキャビティ部２４を有するキャビティ基板２１と、このキャビティ基板２１に実装された第２の電子部品１４とを備える。キャビティ部２４は、第１の電子部品１３と対向するベース層２３と、ベース層２３からメインボード１２に向けて延びるキャビティ層２５とによって形成される。キャビティ層２５は、メインボード１２側から見て、キャビティ部２４の一部を除いてキャビティ部２４を囲む形状に形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メイン基板上の電子部品を収容するキャビティ基板を備えた電子部品の実装構造およびキャビティ基板の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器のさらなる小型・薄型化を図るために、電子部品を三次元的に並べて実装する高密度実装技術が求められるようになってきた。従来のこの種の実装技術を用いたデバイスとしては、たとえば特許文献１に記載されている半導体パッケージがある。
【０００３】
特許文献１に開示されている半導体パッケージは、図２５に示すように、半導体素子１が実装されたパッケージ基板２とキャビティ基板３とを備えている。パッケージ基板２は、半導体素子１が上側に位置する状態でメイン基板４の上に第１の半田ボール５によって実装されている。キャビティ基板３は、パッケージ基板２の上方に位置する板状部３ａと、この板状部３ａの一側部とメイン基板４とを接続するための凸部３ｂとを備えている。
【０００４】
前記凸部３ｂは、第２の半田ボール６によってメイン基板４に実装されている。キャビティ基板３に実装されている半導体素子１は、前記板状部３ａの上に位置付けられている。また、この板状部３ａは、半田ボール７によってパッケージ基板２に実装されている。
特許文献１に示す半導体パッケージを含めて一般に、半導体素子を基板上に直接実装する場合は、半導体素子と基板との間に補強樹脂（アンダーフィル樹脂）が充填されている。このように補強樹脂を充填する理由は、半導体素子と基板との間の半田バンプを補強するためである。すなわち、基板と半導体素子との熱膨張率の差に起因して生じた熱応力を補強樹脂に分散させて緩和することができるから、半導体素子と基板との間の半田バンプが熱応力で破損されることを防ぐことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２０６２３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示されている半導体パッケージは、製造工数が多く、しかも大型であるという問題があった。製造工数が多くなる理由は、半田を溶融させる工程が２回必要になるからである。すなわち、パッケージ基板２と半導体素子１との間の半田を溶融、凝固させた後にここに補強樹脂を塗布し、その後、パッケージ基板２とキャビティ基板３との間の半田を溶融させなければならない。なお、半田を溶融させる工程を１回にしてしまうと、半田を溶融、凝固させた後にパッケージ基板２の外側から半導体素子１まで補強樹脂を供給しなければならない。この場合は、前記半導体素子１の周囲に位置している半田ボール７によって補強樹脂が遮られてしまい、補強樹脂を半導体素子１とパッケージ基板２との間に供給することができなくなってしまう。
【０００７】
特許文献１に示す半導体パッケージが大型になる主な理由は、パッケージ基板２とキャビティ基板３とを接続する半田ボール７のランドと、半導体素子１との間のクリアランスを広く形成する必要があるからである。このクリアランスは、前記補強樹脂がパッケージ基板２上を濡れ拡がり、パッケージ基板２上の前記ランドに流れることを防ぐために広く形成されている。また、特許文献１に示す半導体パッケージは、キャビティ基板３の板状部３ａとメイン基板４との間にパッケージ基板２を収容可能な高さを有するキャビティ部を形成しなければならない。すなわち、この半導体パッケージは、パッケージ基板２の外形が大きくなることと、キャビティ基板３の高さが高くなることとが原因で大型になっていた。
【０００８】
本発明はこのような問題を解消するためになされたもので、製造が容易でかつ小型化された電子部品の実装構造およびキャビティ基板の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的を達成するために、本発明に係る電子部品の実装構造は、メイン基板に実装された第１の電子部品を収容するキャビティ部を有し、前記メイン基板に実装されたキャビティ基板と、前記キャビティ部における前記第１の電子部品とは反対側に実装された第２の電子部品とを備え、前記キャビティ部は、前記第１の電子部品に前記メイン基板とは反対側から対向するベース層と、前記ベース層から前記メイン基板に向けて延びて前記メイン基板に実装されたキャビティ層とによって形成され、前記キャビティ層は、前記メイン基板側から見て、前記キャビティ部の一部を除いてキャビティ部を囲む形状に形成されているものである。
【００１０】
また、本発明に係るキャビティ基板の製造方法は、電子部品収容用の複数のキャビティ部が互いに直交する２方向にそれぞれ等間隔おいて並ぶように基板母材を形成するステップと、前記基板母材を切断線が２方向に延びるように切断して個々のキャビティ基板に分断するステップとを有し、前記２方向に延びる切断線のうち少なくとも一方の切断線が前記キャビティ部を横切ることを特徴とする方法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、メイン基板に第１の電子部品およびキャビティ基板を実装した状態でもキャビティ部内が露出するようになる。補強樹脂は、この露出部分から供給することができる。このため、全ての部品をメイン基板に実装した後に第１の電子部品とメイン基板との間に補強樹脂を充分に充填することができる。この実装構造は、このように補強樹脂が充分に供給されるから、第１の電子部品とメイン基板との間の接続の信頼性が高いものとなる。
【００１２】
したがって、本発明に係る電子部品の実装構造は、補強樹脂を充分に充填できる構成を採りながら、全ての半田の溶融、凝固を１度に行うことができるから、特許文献１に示す半導体パッケージに較べて製造が容易になる。
また、この電子部品の実装構造キャビティ基板と第１の電子部品との間に補強樹脂がランドに流れることを防ぐためのスペースを形成する必要がないから、第１の電子部品とキャビティ基板との間のクリアランスを狭く形成することができる。
【００１３】
しかも、第１の電子部品をメイン基板に直接実装できるから、キャビティ基板のベース部をメイン基板に近接して位置するように形成することができる。この結果、本発明によれば、特許文献１記載の半導体パッケージより小型化された電子部品の実装構造を提供することができる。
本発明に係るキャビティ基板の製造方法によれば、キャビティ部の一部を除いてキャビティ部を囲む形状のキャビティ層を有するキャビティ基板を簡単に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】コの字型キャビティ基板を用いた三次元実装構造の平面図である。
【図２】コの字型キャビティ基板を用いた三次元実装構造の断面図で、同図は図１におけるII-II線断面図である。
【図３】キャビティ層の形状がコの字型のキャビティ基板を示す図で、同図（Ａ）は断面図、同図（Ｂ）は底面図である。同図（Ｂ）においては、同図（Ａ）の破断位置をＡ−Ａ線によって示す。
【図４】キャビティ基板を用いた三次元実装構造の製造方法を説明するための断面図で、同図は実装時の状態を示す。
【図５】キャビティ基板を用いた三次元実装構造の製造方法を説明するための断面図で、同図はリフロー工程後の状態を示す。
【図６】コの字型キャビティ基板を用いた三次元実装構造の他の実施例を示す断面図である。
【図７】複数のキャビティ部を有する三次元実装構造を示す断面図である。
【図８】キャビティ層の形状がH字型のキャビティ基板を示す図で、同図（Ａ）は断面図、同図（Ｂ）は底面図である。同図（Ｂ）においては、同図（Ａ）の破断位置をＡ−Ａ線によって示す。
【図９】キャビティ層の形状が十字型のキャビティ基板を示す図で、同図（Ａ）は断面図、同図（Ｂ）は底面図である。同図（Ｂ）においては、同図（Ａ）の破断位置をＡ−Ａ線によって示す。
【図１０】キャビティ層の形状がT字型のキャビティ基板を示す図で、同図（Ａ）は断面図、同図（Ｂ）は底面図である。同図（Ｂ）においては、同図（Ａ）の破断位置をＡ−Ａ線によって示す。
【図１１】キャビティ層の形状が×字型のキャビティ基板で、同図（Ａ）は断面図、同図（Ｂ）は底面図である。同図（Ｂ）においては、同図（Ａ）の破断位置をＡ−Ａ線によって示す。
【図１２】キャビティ部に実装した電子部品の両辺から補強樹脂を塗布した三次元実装構造の平面図である。
【図１３】キャビティ部に実装した電子部品の両辺から補強樹脂を塗布した三次元実装構造の断面図で、同図は図１２におけるXIII-XIII線断面図である。
【図１４】キャビティ部に実装した電子部品の両辺から補強樹脂を塗布した三次元実装構造の断面図で、同図は図１２におけるXIV-XIV線断面図である。
【図１５】キャビティ層の形状がニの字型のキャビティ基板を示す図で、同図（Ａ）は断面図、同図（Ｂ）は底面図である。同図（Ｂ）においては、同図（Ａ）の破断位置をＡ−Ａ線によって示す。
【図１６】複数のキャビティ基板を使用した三次元実装構造を示す断面図である。
【図１７】は、メインボード上に実装した第１の電子部品の周囲全域をキャビティ基板で覆う実装構造の一例を示す断面図である。
【図１８】キャビティ層の形状と、接続端子数、実装可能キャビティ部面積、キャビティ基板サイズの関係を示す図である。同図（Ａ）はキャビティ層の形状がロ字型の場合を示し、同図（Ｂ）はキャビティ層の形状がコ字型の場合を示し、同図（Ｃ）はキャビティ層の形状がＴ字型の場合を示し、同図（Ｄ）と（Ｅ）はキャビティ層の形状がニの字型の場合を示す。
【図１９】キャビティ層の形状がコの字型のキャビティ基板の製造方法を説明するための斜視図である。
【図２０】キャビティ層の形状がH字型のキャビティ基板の製造方法を説明するための斜視図である。
【図２１】キャビティ層の形状が十字型のキャビティ基板の製造方法を説明するための斜視図である。
【図２２】キャビティ層の形状がT字型のキャビティ基板の製造方法を説明するための斜視図である。
【図２３】キャビティ層の形状がニの字型のキャビティ基板の製造方法を説明するための斜視図である。
【図２４】キャビティ層の形状が×字型のキャビティ基板の製造方法を説明するための斜視図である。
【図２５】従来の実装構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（第１の実施例）
以下、本発明に係る電子部品の実装構造およびキャビティ基板の製造方法の一実施例を図１〜図６によって詳細に説明する。この実施例においては、本発明に係る電子部品の実装構造を単に三次元実装構造という。
図１および図２に示す三次元実装構造１１は、本発明でいうメイン基板としてのメインボード１２の上に第１の電子部品１３と第２の電子部品１４とを上下方向に並ぶように実装する実装構造である。
【００１６】
前記第１の電子部品１３は、BGA（Ball grid array）、CSP（Chip Size Package）、WLCSP（Wafer Level Chip Size Package）、ベアチップなどの能動部品や、チップコンデンサ、チップ抵抗、チップコイルなどの受動部品である。この第１の電子部品１３は、メインボード１２上に半田バンプ１６などの接続材料で直接実装されている。第１の電子部品１３とメインボード１２との間には、補強樹脂（アンダーフィル樹脂）１７が充填されている。
【００１７】
前記第２の電子部品１４は、CSPやBGA、QFP（Quad Flat Package) 、SOP（Small Outline Package) 、TSOP（thin small out-line package）などのパッケージからなる電子部品１８と、チップコンデンサ、チップ抵抗、チップコイルなどの電子部品１９などが用いられている。この第２の電子部品１４は、後述するキャビティ基板２１の上に半田バンプ２２などの接続材料で実装されており、キャビティ基板２１を介してメインボード１２に支持されている。
【００１８】
キャビティ基板２１は、図１〜図３に示すように、前記第１の電子部品１３に前記メインボード１２とは反対側から対向するベース層２３と、このベース層２３の下方にキャビティ部２４（図２，３参照）を形成するためのキャビティ層２５とによって構成されている。
このキャビティ基板２１は、樹脂基板、セラミック基板、Si基板など、どのような基材で作られたものでも使用することができる。すなわち、この明細書において、キャビティ基板２１の断面図には樹脂のハッチングを施してあるが、キャビティ基板２１の材料は樹脂材料に限定されることはない。
【００１９】
前記ベース層２３は、平面視において四角形の板状に形成されている。このベース層２３は、図２に示すように、第１の電子部品１３とは所定のクリアランスをおいて離間している。
前記キャビティ層２５は、前記ベース層２３から前記メインボード１２に向けて延びるように形成されており、前記メインボード１２に半田バンプ２６などの接続材料で実装されている。キャビティ層２５とメインボード１２との間には、図２に示すように、補強樹脂１７が充填されている。
【００２０】
この実施例によるキャビティ層２５は、図３（Ｂ）に示すように、メインボード１２側から見てコ字状に形成されている。言い換えれば、前記キャビティ層２５は、前記メインボード１２側から見て、前記キャビティ部２４の一部（一側部）を除いてキャビティ部２４を囲む形状に形成されている。このようなキャビティ層２５の内側に形成されているキャビティ部２４は、キャビティ層２５によって囲まれていない開口部２４ａを介してキャビティ部外の空間と連通されることになる。キャビティ層２５の下面、すなわちメインボード１２と対向する面には、その形成範囲の全域にわたって多数の半田バンプ２６が設けられている。
【００２１】
この実施例に示す第１の電子部品１３は、図１および図２に示すように、前記開口部２４ａからキャビティ部２４の外に突出する突出部１３ａを有している。このように第１の電子部品１３の一部をキャビティ部２４から突出させた理由は、補強樹脂１７を浸透させる位置を視認できるようにするためである。BGAやCSPなど補強樹脂１７が必要な電子部品は、その一端部を前記開口部２４ａから突出させるか、突出していなくても開口部２４ａの近傍に位置付けることにより、補強樹脂１７を直接塗布することができ、半田バンプ１６部分の接続の信頼性が高くなる。
【００２２】
次に、この実施例による三次元実装構造１１によってメインボード１２上に第１、第２の電子部品１３，１４を実装する手順を図４および図５によって説明する。
先ず、図４に示すように、メインボード１２上に半田ペースト２７を印刷し、第１の電子部品１３を搭載する。次に、第１の電子部品１３の周囲の所定の位置にキャビティ基板２１を搭載する。キャビティ基板２１は、予め所定の形状に形成しておき、ベース層２３の上に第２の電子部品１４（電子部品１８，１９）を実装しておくことが望ましい。
【００２３】
その後、メインボード１２上にキャビティ基板２１を搭載する。このとき、キャビティ基板２１のキャビティ部２４内に第１の電子部品１３が収容されるように、キャビティ基板２１を第１の電子部品１３の上に被せる。このように第１の電子部品１３とキャビティ基板２１とをメインボード１２に搭載した後、これらをまとめてリフロー炉（図示せず）に供給し、半田バンプ１６，２２，２６を溶融、凝固させる。
【００２４】
この結果、図５に示すように、メインボード１２に第１の電子部品１３とキャビティ基板２１とが接続された状態となる。その後、補強樹脂１７を塗布するものについては、図２中に矢印Ａで示すように、キャビティ部２４の前記開口部２４ａから、メインボード１２と第１の電子部品１３との間に補強樹脂１７を浸透させて充填する。また、キャビティ基板２１のキャビティ層２５とメインボード１２との間にも補強樹脂１７を充填する。
【００２５】
したがって、この実施例による三次元実装構造１１においては、全ての電子部品をメインボード１２に実装した後にメインボード１２と第１の電子部品１３との間に補強樹脂１７を充分に充填することができる。この結果、この三次元実装構造１１によれば、前記補強樹脂１７を充分に充填できる構成を採りながら、全ての半田の溶融、凝固を１回のリフロー工程で行うことができるから、特許文献１に示す半導体パッケージに較べて製造が容易になる。
【００２６】
また、この三次元実装構造１１においては、キャビティ基板２１と第１の電子部品１３との間に補強樹脂１７が半田バンプ接続用ランド（図示せず）に流れることを防ぐためのスペースを形成する必要がない。このため、この三次元実装構造１１によれば、第１の電子部品１３とキャビティ層２５との間のクリアランスを狭く形成することができる。しかも、第１の電子部品１３をメインボード１２に直接実装できるから、キャビティ基板２１をベース層２３がメインボード１２に近接して位置するように形成することができる。この結果、この実施例によれば、特許文献１記載の半導体パッケージより小型化された三次元実装構造を提供することができる。
【００２７】
この実施例においては、前記メインボード１２と第１の電子部品１３との間に補強樹脂１７が充填されている。このため、この実施例によれば、メインボード１２と第１の電子部品１３との間の接続の信頼性が高い三次元実装構造を提供することができる。
この実施例による三次元実装構造１１において、前記キャビティ基板２１のベース層２３は、前記第１の電子部品１３とは離間している。このため、メインボード１２とキャビティ基板２１との熱膨張率の差が大きくてもリフロー後に熱応力で反りが生じるようなことはない。したがって、この実施例によれば、第１の電子部品１３やキャビティ基板２１の実装不良が生じ難い三次元実装構造を提供することができる。
【００２８】
この実施例による第１の電子部品１３は、前記キャビティ部２４の開口部２４ａからキャビティ部２４の外に突出する突出部１３ａを有している。このため、この実施例によれば、補強樹脂１７を浸透させる位置を目視で確認でき、この位置に補強樹脂供給用ノズルを接近させることができるから、補強樹脂１７を確実に塗布することができる。
第１の電子部品１３は、図６に示すように、その全体をキャビティ部２４の内部に収容させることができる。この場合は、同図中に矢印Ａで示すように、補強樹脂１７を前記開口部２４ａからメインボード１２と第１の電子部品１３との間に少量ずつ浸透させることによって、前記同様に充分に補強樹脂１７を充填することができる。
【００２９】
（第２の実施例）
キャビティ基板には、図７〜図１１に示すように、複数のキャビティ部を設けることができる。これらの図において、前記図１〜図６によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明を適宜省略する。
【００３０】
図７に示すキャビティ基板２１は、同図においてベース層２３の左右方向の中央部にキャビティ層２５が設けられており、このキャビティ層２５の両側にそれぞれキャビティ部２４が形成されている。このキャビティ層２５は、図８（Ｂ）に示すように、メインボード１２側から見てＨ字型に形成されている。
【００３１】
すなわち、この実施の形態においても、キャビティ層２５は、メインボード１２側から見て、キャビティ部２４の一部（一側部）を除いてキャビティ部２４を囲む形状に形成されている。この実施例に示す二つのキャビティ部２４は、キャビティ層２５によって囲まれていない開口部２４ａを介してそれぞれキャビティ部外の空間と連通されている。
このように複数のキャビティ部２４を有するキャビティ基板２１は、図９〜図１１に示すように形成することができる。
【００３２】
図９に示すキャビティ基板２１のキャビティ層２５は、メインボード１２側から見て十字型に形成されている。図９に示すキャビティ基板２１には、４つのキャビティ部２４が形成されている。
図１０に示すキャビティ基板２１のキャビティ層２５は、メインボード１２側から見てＴ字型に形成されている。
図１１に示すキャビティ基板２１のキャビティ層２５は、メインボード１２側から見てＸ字型に形成されている。
【００３３】
（第３の実施例）
本発明に係る三次元実装構造は、図１２〜図１５に示すように、第１の電子部品の両端部がキャビティ部から突出する構成を採ることができる。これらの図において、前記図１〜図１１によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明を適宜省略する。
【００３４】
この実施例によるキャビティ基板２１のキャビティ層２５は、図１５（Ｂ）に示すように、メインボード１２側から見てニの字型に形成されている。すなわち、キャビティ基板２１に形成されているキャビティ部２４は、その両端部に形成されている開口部２４ａ，２４ａを介してキャビティ部外の空間と連通されている。
【００３５】
この実施例による第１の電子部品１３の一端部と他端部とは、図１２および図１３に示すように、キャビティ部２４の前記二つの開口部２４ａ，２４ａからキャビティ部外にそれぞれ突出している。このため、補強樹脂１７を塗布する作業は、前記二箇所の突出部分に補強樹脂供給用ノズルを接近させて目視しながら容易に行うことができる。なお、実装面積を少しでも削減したい場合は、キャビティ基板２１の形成範囲の内側に第１の電子部品１３の全体を収容させてもよい。この場合において補強樹脂１７を塗布するに当たっては、前記開口部２４ａから補強樹脂１７を少量ずつ浸透させ、第１の電子部品１３とメインボード１２との間に充填する。
【００３６】
（第４の実施例）
本発明に係る三次元実装構造１１は、図１６に示すように、複数のキャビティ基板を用いて構成することができる。図１６において、前記図１〜図１５によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明を適宜省略する。
【００３７】
図１６に示す三次元実装構造１１は、第１のキャビティ基板３１と、第２のキャビティ基板３２とを備えている。第１のキャビティ基板３１は、複数のキャビティ部２４を有するもので、上述した第２の実施例において図８〜図１１を用いて説明したもキャビティ基板２１と同一のものである。第２のキャビティ基板３２は、上述した第１の実施例において図３を用いて説明したキャビティ基板２１と同一のものである。
【００３８】
この実施例による三次元実装構造１１においては、第１、第２のキャビティ基板３１，３２を互いに隣り合うように並べることによって形成されたキャビティ空間３３内に第１の電子部品１３が収容されている。このキャビティ空間３３は、第１のキャビティ基板２１に形成されているキャビティ部２４の開口部２４ａと、第２のキャビティ基板２１に形成されているキャビティ部２４の開口部２４ａとを互いに対向させることによって形成されている。
【００３９】
この相対的に広い空間からなるキャビティ空間３３には、相対的に大型の第１の電子部品１３が収容されている。この大型の第１の電子部品１３とメインボード１２との間に補強樹脂１７を充填するためには、図１４中に矢印Ｂで示すように、第１、第２のキャビティ基板３１，３２どうしの間に形成されている隙間３４を通して行うことができる。
【００４０】
上述した第１〜第４の実施例に示すキャビティ基板２１と、第１、第２のキャビティ基板３１，３２とは、キャビティ部２４の一部が切り欠かれた形状に形成されているから、後述するように実装面積を低減することができる。この理由を図１７と図１８とを用いて説明する。図１７は、メインボード１２上に実装した第１の電子部品１３の周囲全域をキャビティ基板で覆う実装構造の一例を示す断面図である。同図において、前記図１〜図１５によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明を適宜省略する。
【００４１】
図１７に示すキャビティ基板２１のキャビティ層２５は、メインボード１２側から見てロ字型に形成されている。通常、メインボード１２上に実装した第１の電子部品１３の周囲全域をキャビティ基板２１のキャビティ層２５で覆う場合、キャビティ層２５の加工精度、キャビティ基板２１とメインボード１２のSR精度、表面実装時の搭載精度などを考慮し、図１７に示すように、第１の電子部品１３とキャビティ壁（キャビティ部２４の内側壁）のクリアランスａや、キャビティ壁とはんだバンプランド間クリアランスｂが必要となる。このクリアランスａとクリアランスｂの合計値は、場合によっては１ｍｍ以上になるため、キャビティ基板２１の外形が必要以上に大きくなってしまう。しかし、キャビティ層２５の形状を、コの字、T字、ニの字型などに形成することにより、この無駄なスペースとなっているクリアランスを減らすことが可能となる。
【００４２】
図１８にはキャビティ層２５の形状を、ロの字、コの字、Ｔ字、ニの字型にした場合の、接続端子数、実装可能なキャビティ部２４の面積、キャビティ基板２１の実装面積の比較例について示している。図１８においては、接続端子が設けられる領域を左下がりのハッチングで示し、実装可能なキャビティ部２４を右下がりのハッチングによって示している。クリアランス部分にはハッチングを施していない。
【００４３】
図１８において、１ブロックは、１辺が０．４ｍｍのサイズを示している。図１８は、０．４ｍｍピッチで接続端子を並べた時の状態を示すように描いてある。実装可能なキャビティエリアと、接続端子との間は、前述したクリアランスを確保するために１．２ｍｍ（３ブロック）離している。また、接続端子数は、Min１４０ピン確保することを前提条件として試算している。
この試算結果を下記の表１に示す。この試算結果から、コの字、Ｔ字、ニの字については、ロの字に比べて、同等の接続端子数や実装可能なキャビティ部２４面積を確保しながら、キャビティ基板２１のサイズ（実装面積）を約１０〜２５％も削減できることが示されている。
【００４４】
【表１】
このため、上述した各実施例に示すように、キャビティ基板２１のキャビティ層２５をメインボード１２側から見てコの字、Ｔ字、ニの字のうちいずれか一つの形状に形成することによって、キャビティ層２５がロ字型である場合に較べて、キャビティ基板２１の外形（実装面積）を小さく形成することができる。また、キャビティ層２５の形状がH字型、X字型、十字型の場合であっても、キャビティ部２４の開口部２４ａには前記クリアランス部分が不要であるから、上記同様にキャビティ基板２１の外形を小さく形成することができる。
【００４５】
次に、上述した各実施例で示したキャビティ基板２１を製造する方法を図１９〜図２４によって詳細に説明する。これらの図において、前記図１〜図１５によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明を適宜省略する。
上述した各実施例で示したキャビティ基板２１を製造するためには、先ず、例えば図１９に示すように、公知の技術を用いて基板母材４１を製造する。この基板母材４１には、電子部品収納用の複数のキャビティ部２４が互いに直交する２方向にそれぞれ等間隔おいて並ぶように形成されている。この２方向とは、平面視において四角形となるように形成された基板母材４１の互いに直交する２辺と平行な方向である。
【００４６】
次に、前記基板母材４１を図示していないダイサーによって後述するように切断する。このダイサーは、予め定めたダイシングライン（切断線）に沿って平行移動しながら基板母材４１を切断する構造のものが用いられている。このダイサーによって基板母材４１を切断するためには、図１９〜図２４に示すように、第１の切断線４２と第２の切断線４３とに沿ってダイサーを平行移動させて行う。
【００４７】
上述した各実施例で示したキャビティ基板２１のうち、キャビティ層２５がメインボード１２側から見てコ字型に形成されているキャビティ基板２１を製造するためには、図１９に示すように第１、第２の切断線４２，４３を位置付ける。
図１９に示す第１の切断線４２は、キャビティ部２４どうしの間のみを通って延びている。また、第２の切断線４３は、前記第１の切断線４２とは直交する方向に延びるとともにキャビティ部２４を横切っている。第２の切断線４３がキャビティ部２４を横切る位置は、キャビティ部２４の一側部であって、平面視において内壁面２４ｂと重なる位置である。
【００４８】
基板母材４１は、これらの第１、第２の切断線４２，４３に沿って切断されることにより、コ字型のキャビティ層２５を有する複数のキャビティ基板２１に分断される。
キャビティ層２５が平面視においてＨ字型を呈するキャビティ基板２１を形成するためには、第１、第２の切断線４３を図２０に示すように位置付ける。図２０に示す第１の切断線４２は、キャビティ部２４の中央部を横切るように位置付けられている。また、第２の切断線４３は、前記第１の切断線４２とは直交する方向に延びるとともにキャビティ部２４どうしの間のみを通るように位置付けられている。
【００４９】
キャビティ層２５が平面視において十字型を呈するキャビティ基板２１を形成するためには、第１、第２の切断線４２，４３を図２１に示すように位置付ける。図２１に示す第１の切断線４２は、キャビティ部２４の中央部を横切るように位置付けられている。また、第２の切断線４３は、前記第１の切断線４２とは直交する方向に延びるとともにキャビティ部２４の中央部を横切るように位置付けられている。
【００５０】
キャビティ層２５が平面視においてＴ字型を呈するキャビティ基板２１を形成するためには、第１、第２の切断線４２，４３を図２２に示すように位置付ける。図２２に示す第１の切断線４２は、キャビティ部２４の一側部であって、平面視において内壁面２４ｂと重なる位置に位置付けられている。また、第２の切断線４３は、前記第１の切断線４２とは直交する方向に延びるとともにキャビティ部２４の中央部を横切るように位置付けられている。
【００５１】
キャビティ層２５が平面視において二の字型を呈するキャビティ基板２１を形成するためには、第１、第２の切断線４２，４３を図２３に示すように位置付ける。図２３に示す第１の切断線４２は、キャビティ部２４どうしの間のみを通るように位置付けられている。また、第２の切断線４３は、前記第１の切断線４２とは直交する方向に延びるとともに、キャビティ部２４の互いに対向する二側部であって、平面視において内壁面２４ｂと重なる位置を通るように位置付けられている。
【００５２】
キャビティ層２５が平面視においてＸ字型を呈するキャビティ基板２１を形成するためには、第１、第２の切断線４２，４３を図２４に示すように位置付ける。図２４に示す第１の切断線４２は、キャビティ部２４の二つの対角線のうち一方の対角線の上に位置付けられている。また、第２の切断線４３は、第１の切断線４２が横切っていない他のキャビティ部２４の他方の対角線上に位置付けられている。
【００５３】
基板母材４１を上述したように切断するに当たって、キャビティ基板２１の配線（図示せず）や第１、第２の４２，切断線４３の位置については、切断する位置を考慮して予め適切に設計しておく必要がある。具体的に説明すると、前記配線を引き回すエリアは、第１、第２の切断線４２，４３から十分離間するように形成する。図１９〜図２４に示すような特殊なキャビティ基板２１をダイシングする場合、キャビティ部２４の内壁面２４ｂやキャビティ部２４間の中央を狙って精度良く切断することが望まれるが、実際には基板の位置合わせ精度やダイサーの精度によって、多少切断位置がずれることが懸念される。
【００５４】
この問題を解決する方法として、ダイサーのブレードとしてブレード幅（刃の幅）が十分厚いものを使うことが望ましい。この場合、配線引き回しエリアはダイシング時のブレード幅を考慮して第１、第２の切断線４３から離間させておくことが望ましい。また、第１、第２の切断線４２，４３の線幅についても、十分な領域を確保しておくことが望ましい。
【００５５】
上述したように基板母材４１を分断してキャビティ基板２１を製造する製造方法によれば、キャビティ部２４の一部を除いてキャビティ部２４を囲む形状のキャビティ層２５を有するキャビティ基板２１を簡単に製造することができる。
【００５６】
なお、上述した各実施例においては、メインボード１２と第１の電子部品１３との間に補強樹脂１７を塗布する例を示したが、補強樹脂１７を塗布せず、実装面積を削減するためだけにこの三次元実装構造１１を用いても良い。
【実施例１】
【００５７】
上述した三次元実装構造１１と製造方法の具体的な一例を説明する。先ず、メインボード１２上にSnAgCuの鉛フリーハンダペーストを所定の位置に印刷する。続いて、０．３ｍｍ厚で、０．４ｍｍピッチの半田バンプ端子を有する、６ｍｍ四方のWLCSPをメインボード１２上にマウンターを用いて搭載する。
続いて、キャビティ基板２１をWLCSPの周囲の所定の位置に搭載する。ここで、キャビティ基板２１は、１０ｍｍ四方のサイズとなっていて、８×７ｍｍのキャビティを有するように、キャビティ層２５がコの字型に加工されたものとする。キャビティ部２４の内壁面２４ｂとWLCSPとの間にはそれぞれ１ｍｍのクリアランスが形成されている。
【００５８】
キャビティ部２４の深さは、WLCSPと接触しないように０．４ｍｍの深さで形成しておく。キャビティ基板２１のベース層２３とキャビティ層２５を合計した厚さは０．６５ｍｍ程度とする。第１の電子部品１３と、キャビティ基板２１（第２の電子部品１４が搭載されたもの）とを搭載したメインボード１２は、最高２５０℃のリフロー炉に流し、半田を溶融させメインボード１２とそれぞれ接続する。
【００５９】
完成した三次元実装構造体に、最後に補強樹脂１７を塗布する。補強樹脂１７はまずWLCSPに充填するため、キャビティ基板２１の開口部２４ａから露出しているWLCSPの一辺（６ｍｍ幅）に少量ずつ塗布する。補強樹脂１７を塗布するノズルは、WLCSPから０．１〜０．５ｍｍ程度離れたところに移動させ、WLCSPに直接塗布する。
WLCSPの半田接続部に十分補強樹脂１７が塗布された後、キャビティ基板２１全体に補強樹脂１７を塗布する。なお、WLCSPのサイズが小さかったり、浸透性が高い補強樹脂１７を用いる場合には、WLCSPとキャビティ基板２１に一括で補強樹脂１７を塗布しても良い。なお、ここで説明した部品の各種設計値は、目的とする三次元実装構造１１に合わせて、その都度最適になるよう設定することが望ましい。
【００６０】
一方、キャビティ基板２１を製造する工程で使用するダイサーは、そのブレード幅（刃の幅）が０．３〜０．８ｍｍなど十分厚いものを使うことが望ましい。この場合、配線引き回しエリアはダイシングのブレード幅を考慮して第１、第２の切断線４３から少なくとも片側０．２〜０．５ｍｍ程度、離しておくことが望ましい。またダイシングライン幅（第１、第２の切断線４３の線幅）についても約０．３〜０．８ｍｍと、十分な領域を確保しておくことが望ましい。
【符号の説明】
【００６１】
１２…メインボード、１３…第１の電子部品、１４…第２の電子部品、２１…キャビティ基板、２３…ベース層、２４…キャビティ部、２４ａ…開口部、２５…キャビティ層、４１…基板母材。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メイン基板上の電子部品を収容するキャビティ基板を備えた電子部品の実装構造およびキャビティ基板の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器のさらなる小型・薄型化を図るために、電子部品を三次元的に並べて実装する高密度実装技術が求められるようになってきた。従来のこの種の実装技術を用いたデバイスとしては、たとえば特許文献１に記載されている半導体パッケージがある。
【０００３】
特許文献１に開示されている半導体パッケージは、図２５に示すように、半導体素子１が実装されたパッケージ基板２とキャビティ基板３とを備えている。パッケージ基板２は、半導体素子１が上側に位置する状態でメイン基板４の上に第１の半田ボール５によって実装されている。キャビティ基板３は、パッケージ基板２の上方に位置する板状部３ａと、この板状部３ａの一側部とメイン基板４とを接続するための凸部３ｂとを備えている。
【０００４】
前記凸部３ｂは、第２の半田ボール６によってメイン基板４に実装されている。キャビティ基板３に実装されている半導体素子１は、前記板状部３ａの上に位置付けられている。また、この板状部３ａは、半田ボール７によってパッケージ基板２に実装されている。
特許文献１に示す半導体パッケージを含めて一般に、半導体素子を基板上に直接実装する場合は、半導体素子と基板との間に補強樹脂（アンダーフィル樹脂）が充填されている。このように補強樹脂を充填する理由は、半導体素子と基板との間の半田バンプを補強するためである。すなわち、基板と半導体素子との熱膨張率の差に起因して生じた熱応力を補強樹脂に分散させて緩和することができるから、半導体素子と基板との間の半田バンプが熱応力で破損されることを防ぐことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２０６２３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示されている半導体パッケージは、製造工数が多く、しかも大型であるという問題があった。製造工数が多くなる理由は、半田を溶融させる工程が２回必要になるからである。すなわち、パッケージ基板２と半導体素子１との間の半田を溶融、凝固させた後にここに補強樹脂を塗布し、その後、パッケージ基板２とキャビティ基板３との間の半田を溶融させなければならない。なお、半田を溶融させる工程を１回にしてしまうと、半田を溶融、凝固させた後にパッケージ基板２の外側から半導体素子１まで補強樹脂を供給しなければならない。この場合は、前記半導体素子１の周囲に位置している半田ボール７によって補強樹脂が遮られてしまい、補強樹脂を半導体素子１とパッケージ基板２との間に供給することができなくなってしまう。
【０００７】
特許文献１に示す半導体パッケージが大型になる主な理由は、パッケージ基板２とキャビティ基板３とを接続する半田ボール７のランドと、半導体素子１との間のクリアランスを広く形成する必要があるからである。このクリアランスは、前記補強樹脂がパッケージ基板２上を濡れ拡がり、パッケージ基板２上の前記ランドに流れることを防ぐために広く形成されている。また、特許文献１に示す半導体パッケージは、キャビティ基板３の板状部３ａとメイン基板４との間にパッケージ基板２を収容可能な高さを有するキャビティ部を形成しなければならない。すなわち、この半導体パッケージは、パッケージ基板２の外形が大きくなることと、キャビティ基板３の高さが高くなることとが原因で大型になっていた。
【０００８】
本発明はこのような問題を解消するためになされたもので、製造が容易でかつ小型化された電子部品の実装構造およびキャビティ基板の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的を達成するために、本発明に係る電子部品の実装構造は、メイン基板に実装された第１の電子部品を収容するキャビティ部を有し、前記メイン基板に実装されたキャビティ基板と、前記キャビティ部における前記第１の電子部品とは反対側に実装された第２の電子部品とを備え、前記キャビティ部は、前記第１の電子部品に前記メイン基板とは反対側から対向するベース層と、前記ベース層から前記メイン基板に向けて延びて前記メイン基板に実装されたキャビティ層とによって形成され、前記キャビティ層は、前記メイン基板側から見て、前記キャビティ部の一部を除いてキャビティ部を囲む形状に形成されているものである。
【００１０】
また、本発明に係るキャビティ基板の製造方法は、電子部品収容用の複数のキャビティ部が互いに直交する２方向にそれぞれ等間隔おいて並ぶように基板母材を形成するステップと、前記基板母材を切断線が２方向に延びるように切断して個々のキャビティ基板に分断するステップとを有し、前記２方向に延びる切断線のうち少なくとも一方の切断線が前記キャビティ部を横切ることを特徴とする方法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、メイン基板に第１の電子部品およびキャビティ基板を実装した状態でもキャビティ部内が露出するようになる。補強樹脂は、この露出部分から供給することができる。このため、全ての部品をメイン基板に実装した後に第１の電子部品とメイン基板との間に補強樹脂を充分に充填することができる。この実装構造は、このように補強樹脂が充分に供給されるから、第１の電子部品とメイン基板との間の接続の信頼性が高いものとなる。
【００１２】
したがって、本発明に係る電子部品の実装構造は、補強樹脂を充分に充填できる構成を採りながら、全ての半田の溶融、凝固を１度に行うことができるから、特許文献１に示す半導体パッケージに較べて製造が容易になる。
また、この電子部品の実装構造キャビティ基板と第１の電子部品との間に補強樹脂がランドに流れることを防ぐためのスペースを形成する必要がないから、第１の電子部品とキャビティ基板との間のクリアランスを狭く形成することができる。
【００１３】
しかも、第１の電子部品をメイン基板に直接実装できるから、キャビティ基板のベース部をメイン基板に近接して位置するように形成することができる。この結果、本発明によれば、特許文献１記載の半導体パッケージより小型化された電子部品の実装構造を提供することができる。
本発明に係るキャビティ基板の製造方法によれば、キャビティ部の一部を除いてキャビティ部を囲む形状のキャビティ層を有するキャビティ基板を簡単に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】コの字型キャビティ基板を用いた三次元実装構造の平面図である。
【図２】コの字型キャビティ基板を用いた三次元実装構造の断面図で、同図は図１におけるII-II線断面図である。
【図３】キャビティ層の形状がコの字型のキャビティ基板を示す図で、同図（Ａ）は断面図、同図（Ｂ）は底面図である。同図（Ｂ）においては、同図（Ａ）の破断位置をＡ−Ａ線によって示す。
【図４】キャビティ基板を用いた三次元実装構造の製造方法を説明するための断面図で、同図は実装時の状態を示す。
【図５】キャビティ基板を用いた三次元実装構造の製造方法を説明するための断面図で、同図はリフロー工程後の状態を示す。
【図６】コの字型キャビティ基板を用いた三次元実装構造の他の実施例を示す断面図である。
【図７】複数のキャビティ部を有する三次元実装構造を示す断面図である。
【図８】キャビティ層の形状がH字型のキャビティ基板を示す図で、同図（Ａ）は断面図、同図（Ｂ）は底面図である。同図（Ｂ）においては、同図（Ａ）の破断位置をＡ−Ａ線によって示す。
【図９】キャビティ層の形状が十字型のキャビティ基板を示す図で、同図（Ａ）は断面図、同図（Ｂ）は底面図である。同図（Ｂ）においては、同図（Ａ）の破断位置をＡ−Ａ線によって示す。
【図１０】キャビティ層の形状がT字型のキャビティ基板を示す図で、同図（Ａ）は断面図、同図（Ｂ）は底面図である。同図（Ｂ）においては、同図（Ａ）の破断位置をＡ−Ａ線によって示す。
【図１１】キャビティ層の形状が×字型のキャビティ基板で、同図（Ａ）は断面図、同図（Ｂ）は底面図である。同図（Ｂ）においては、同図（Ａ）の破断位置をＡ−Ａ線によって示す。
【図１２】キャビティ部に実装した電子部品の両辺から補強樹脂を塗布した三次元実装構造の平面図である。
【図１３】キャビティ部に実装した電子部品の両辺から補強樹脂を塗布した三次元実装構造の断面図で、同図は図１２におけるXIII-XIII線断面図である。
【図１４】キャビティ部に実装した電子部品の両辺から補強樹脂を塗布した三次元実装構造の断面図で、同図は図１２におけるXIV-XIV線断面図である。
【図１５】キャビティ層の形状がニの字型のキャビティ基板を示す図で、同図（Ａ）は断面図、同図（Ｂ）は底面図である。同図（Ｂ）においては、同図（Ａ）の破断位置をＡ−Ａ線によって示す。
【図１６】複数のキャビティ基板を使用した三次元実装構造を示す断面図である。
【図１７】は、メインボード上に実装した第１の電子部品の周囲全域をキャビティ基板で覆う実装構造の一例を示す断面図である。
【図１８】キャビティ層の形状と、接続端子数、実装可能キャビティ部面積、キャビティ基板サイズの関係を示す図である。同図（Ａ）はキャビティ層の形状がロ字型の場合を示し、同図（Ｂ）はキャビティ層の形状がコ字型の場合を示し、同図（Ｃ）はキャビティ層の形状がＴ字型の場合を示し、同図（Ｄ）と（Ｅ）はキャビティ層の形状がニの字型の場合を示す。
【図１９】キャビティ層の形状がコの字型のキャビティ基板の製造方法を説明するための斜視図である。
【図２０】キャビティ層の形状がH字型のキャビティ基板の製造方法を説明するための斜視図である。
【図２１】キャビティ層の形状が十字型のキャビティ基板の製造方法を説明するための斜視図である。
【図２２】キャビティ層の形状がT字型のキャビティ基板の製造方法を説明するための斜視図である。
【図２３】キャビティ層の形状がニの字型のキャビティ基板の製造方法を説明するための斜視図である。
【図２４】キャビティ層の形状が×字型のキャビティ基板の製造方法を説明するための斜視図である。
【図２５】従来の実装構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（第１の実施例）
以下、本発明に係る電子部品の実装構造およびキャビティ基板の製造方法の一実施例を図１〜図６によって詳細に説明する。この実施例においては、本発明に係る電子部品の実装構造を単に三次元実装構造という。
図１および図２に示す三次元実装構造１１は、本発明でいうメイン基板としてのメインボード１２の上に第１の電子部品１３と第２の電子部品１４とを上下方向に並ぶように実装する実装構造である。
【００１６】
前記第１の電子部品１３は、BGA（Ball grid array）、CSP（Chip Size Package）、WLCSP（Wafer Level Chip Size Package）、ベアチップなどの能動部品や、チップコンデンサ、チップ抵抗、チップコイルなどの受動部品である。この第１の電子部品１３は、メインボード１２上に半田バンプ１６などの接続材料で直接実装されている。第１の電子部品１３とメインボード１２との間には、補強樹脂（アンダーフィル樹脂）１７が充填されている。
【００１７】
前記第２の電子部品１４は、CSPやBGA、QFP（Quad Flat Package) 、SOP（Small Outline Package) 、TSOP（thin small out-line package）などのパッケージからなる電子部品１８と、チップコンデンサ、チップ抵抗、チップコイルなどの電子部品１９などが用いられている。この第２の電子部品１４は、後述するキャビティ基板２１の上に半田バンプ２２などの接続材料で実装されており、キャビティ基板２１を介してメインボード１２に支持されている。
【００１８】
キャビティ基板２１は、図１〜図３に示すように、前記第１の電子部品１３に前記メインボード１２とは反対側から対向するベース層２３と、このベース層２３の下方にキャビティ部２４（図２，３参照）を形成するためのキャビティ層２５とによって構成されている。
このキャビティ基板２１は、樹脂基板、セラミック基板、Si基板など、どのような基材で作られたものでも使用することができる。すなわち、この明細書において、キャビティ基板２１の断面図には樹脂のハッチングを施してあるが、キャビティ基板２１の材料は樹脂材料に限定されることはない。
【００１９】
前記ベース層２３は、平面視において四角形の板状に形成されている。このベース層２３は、図２に示すように、第１の電子部品１３とは所定のクリアランスをおいて離間している。
前記キャビティ層２５は、前記ベース層２３から前記メインボード１２に向けて延びるように形成されており、前記メインボード１２に半田バンプ２６などの接続材料で実装されている。キャビティ層２５とメインボード１２との間には、図２に示すように、補強樹脂１７が充填されている。
【００２０】
この実施例によるキャビティ層２５は、図３（Ｂ）に示すように、メインボード１２側から見てコ字状に形成されている。言い換えれば、前記キャビティ層２５は、前記メインボード１２側から見て、前記キャビティ部２４の一部（一側部）を除いてキャビティ部２４を囲む形状に形成されている。このようなキャビティ層２５の内側に形成されているキャビティ部２４は、キャビティ層２５によって囲まれていない開口部２４ａを介してキャビティ部外の空間と連通されることになる。キャビティ層２５の下面、すなわちメインボード１２と対向する面には、その形成範囲の全域にわたって多数の半田バンプ２６が設けられている。
【００２１】
この実施例に示す第１の電子部品１３は、図１および図２に示すように、前記開口部２４ａからキャビティ部２４の外に突出する突出部１３ａを有している。このように第１の電子部品１３の一部をキャビティ部２４から突出させた理由は、補強樹脂１７を浸透させる位置を視認できるようにするためである。BGAやCSPなど補強樹脂１７が必要な電子部品は、その一端部を前記開口部２４ａから突出させるか、突出していなくても開口部２４ａの近傍に位置付けることにより、補強樹脂１７を直接塗布することができ、半田バンプ１６部分の接続の信頼性が高くなる。
【００２２】
次に、この実施例による三次元実装構造１１によってメインボード１２上に第１、第２の電子部品１３，１４を実装する手順を図４および図５によって説明する。
先ず、図４に示すように、メインボード１２上に半田ペースト２７を印刷し、第１の電子部品１３を搭載する。次に、第１の電子部品１３の周囲の所定の位置にキャビティ基板２１を搭載する。キャビティ基板２１は、予め所定の形状に形成しておき、ベース層２３の上に第２の電子部品１４（電子部品１８，１９）を実装しておくことが望ましい。
【００２３】
その後、メインボード１２上にキャビティ基板２１を搭載する。このとき、キャビティ基板２１のキャビティ部２４内に第１の電子部品１３が収容されるように、キャビティ基板２１を第１の電子部品１３の上に被せる。このように第１の電子部品１３とキャビティ基板２１とをメインボード１２に搭載した後、これらをまとめてリフロー炉（図示せず）に供給し、半田バンプ１６，２２，２６を溶融、凝固させる。
【００２４】
この結果、図５に示すように、メインボード１２に第１の電子部品１３とキャビティ基板２１とが接続された状態となる。その後、補強樹脂１７を塗布するものについては、図２中に矢印Ａで示すように、キャビティ部２４の前記開口部２４ａから、メインボード１２と第１の電子部品１３との間に補強樹脂１７を浸透させて充填する。また、キャビティ基板２１のキャビティ層２５とメインボード１２との間にも補強樹脂１７を充填する。
【００２５】
したがって、この実施例による三次元実装構造１１においては、全ての電子部品をメインボード１２に実装した後にメインボード１２と第１の電子部品１３との間に補強樹脂１７を充分に充填することができる。この結果、この三次元実装構造１１によれば、前記補強樹脂１７を充分に充填できる構成を採りながら、全ての半田の溶融、凝固を１回のリフロー工程で行うことができるから、特許文献１に示す半導体パッケージに較べて製造が容易になる。
【００２６】
また、この三次元実装構造１１においては、キャビティ基板２１と第１の電子部品１３との間に補強樹脂１７が半田バンプ接続用ランド（図示せず）に流れることを防ぐためのスペースを形成する必要がない。このため、この三次元実装構造１１によれば、第１の電子部品１３とキャビティ層２５との間のクリアランスを狭く形成することができる。しかも、第１の電子部品１３をメインボード１２に直接実装できるから、キャビティ基板２１をベース層２３がメインボード１２に近接して位置するように形成することができる。この結果、この実施例によれば、特許文献１記載の半導体パッケージより小型化された三次元実装構造を提供することができる。
【００２７】
この実施例においては、前記メインボード１２と第１の電子部品１３との間に補強樹脂１７が充填されている。このため、この実施例によれば、メインボード１２と第１の電子部品１３との間の接続の信頼性が高い三次元実装構造を提供することができる。
この実施例による三次元実装構造１１において、前記キャビティ基板２１のベース層２３は、前記第１の電子部品１３とは離間している。このため、メインボード１２とキャビティ基板２１との熱膨張率の差が大きくてもリフロー後に熱応力で反りが生じるようなことはない。したがって、この実施例によれば、第１の電子部品１３やキャビティ基板２１の実装不良が生じ難い三次元実装構造を提供することができる。
【００２８】
この実施例による第１の電子部品１３は、前記キャビティ部２４の開口部２４ａからキャビティ部２４の外に突出する突出部１３ａを有している。このため、この実施例によれば、補強樹脂１７を浸透させる位置を目視で確認でき、この位置に補強樹脂供給用ノズルを接近させることができるから、補強樹脂１７を確実に塗布することができる。
第１の電子部品１３は、図６に示すように、その全体をキャビティ部２４の内部に収容させることができる。この場合は、同図中に矢印Ａで示すように、補強樹脂１７を前記開口部２４ａからメインボード１２と第１の電子部品１３との間に少量ずつ浸透させることによって、前記同様に充分に補強樹脂１７を充填することができる。
【００２９】
（第２の実施例）
キャビティ基板には、図７〜図１１に示すように、複数のキャビティ部を設けることができる。これらの図において、前記図１〜図６によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明を適宜省略する。
【００３０】
図７に示すキャビティ基板２１は、同図においてベース層２３の左右方向の中央部にキャビティ層２５が設けられており、このキャビティ層２５の両側にそれぞれキャビティ部２４が形成されている。このキャビティ層２５は、図８（Ｂ）に示すように、メインボード１２側から見てＨ字型に形成されている。
【００３１】
すなわち、この実施の形態においても、キャビティ層２５は、メインボード１２側から見て、キャビティ部２４の一部（一側部）を除いてキャビティ部２４を囲む形状に形成されている。この実施例に示す二つのキャビティ部２４は、キャビティ層２５によって囲まれていない開口部２４ａを介してそれぞれキャビティ部外の空間と連通されている。
このように複数のキャビティ部２４を有するキャビティ基板２１は、図９〜図１１に示すように形成することができる。
【００３２】
図９に示すキャビティ基板２１のキャビティ層２５は、メインボード１２側から見て十字型に形成されている。図９に示すキャビティ基板２１には、４つのキャビティ部２４が形成されている。
図１０に示すキャビティ基板２１のキャビティ層２５は、メインボード１２側から見てＴ字型に形成されている。
図１１に示すキャビティ基板２１のキャビティ層２５は、メインボード１２側から見てＸ字型に形成されている。
【００３３】
（第３の実施例）
本発明に係る三次元実装構造は、図１２〜図１５に示すように、第１の電子部品の両端部がキャビティ部から突出する構成を採ることができる。これらの図において、前記図１〜図１１によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明を適宜省略する。
【００３４】
この実施例によるキャビティ基板２１のキャビティ層２５は、図１５（Ｂ）に示すように、メインボード１２側から見てニの字型に形成されている。すなわち、キャビティ基板２１に形成されているキャビティ部２４は、その両端部に形成されている開口部２４ａ，２４ａを介してキャビティ部外の空間と連通されている。
【００３５】
この実施例による第１の電子部品１３の一端部と他端部とは、図１２および図１３に示すように、キャビティ部２４の前記二つの開口部２４ａ，２４ａからキャビティ部外にそれぞれ突出している。このため、補強樹脂１７を塗布する作業は、前記二箇所の突出部分に補強樹脂供給用ノズルを接近させて目視しながら容易に行うことができる。なお、実装面積を少しでも削減したい場合は、キャビティ基板２１の形成範囲の内側に第１の電子部品１３の全体を収容させてもよい。この場合において補強樹脂１７を塗布するに当たっては、前記開口部２４ａから補強樹脂１７を少量ずつ浸透させ、第１の電子部品１３とメインボード１２との間に充填する。
【００３６】
（第４の実施例）
本発明に係る三次元実装構造１１は、図１６に示すように、複数のキャビティ基板を用いて構成することができる。図１６において、前記図１〜図１５によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明を適宜省略する。
【００３７】
図１６に示す三次元実装構造１１は、第１のキャビティ基板３１と、第２のキャビティ基板３２とを備えている。第１のキャビティ基板３１は、複数のキャビティ部２４を有するもので、上述した第２の実施例において図８〜図１１を用いて説明したもキャビティ基板２１と同一のものである。第２のキャビティ基板３２は、上述した第１の実施例において図３を用いて説明したキャビティ基板２１と同一のものである。
【００３８】
この実施例による三次元実装構造１１においては、第１、第２のキャビティ基板３１，３２を互いに隣り合うように並べることによって形成されたキャビティ空間３３内に第１の電子部品１３が収容されている。このキャビティ空間３３は、第１のキャビティ基板２１に形成されているキャビティ部２４の開口部２４ａと、第２のキャビティ基板２１に形成されているキャビティ部２４の開口部２４ａとを互いに対向させることによって形成されている。
【００３９】
この相対的に広い空間からなるキャビティ空間３３には、相対的に大型の第１の電子部品１３が収容されている。この大型の第１の電子部品１３とメインボード１２との間に補強樹脂１７を充填するためには、図１４中に矢印Ｂで示すように、第１、第２のキャビティ基板３１，３２どうしの間に形成されている隙間３４を通して行うことができる。
【００４０】
上述した第１〜第４の実施例に示すキャビティ基板２１と、第１、第２のキャビティ基板３１，３２とは、キャビティ部２４の一部が切り欠かれた形状に形成されているから、後述するように実装面積を低減することができる。この理由を図１７と図１８とを用いて説明する。図１７は、メインボード１２上に実装した第１の電子部品１３の周囲全域をキャビティ基板で覆う実装構造の一例を示す断面図である。同図において、前記図１〜図１５によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明を適宜省略する。
【００４１】
図１７に示すキャビティ基板２１のキャビティ層２５は、メインボード１２側から見てロ字型に形成されている。通常、メインボード１２上に実装した第１の電子部品１３の周囲全域をキャビティ基板２１のキャビティ層２５で覆う場合、キャビティ層２５の加工精度、キャビティ基板２１とメインボード１２のSR精度、表面実装時の搭載精度などを考慮し、図１７に示すように、第１の電子部品１３とキャビティ壁（キャビティ部２４の内側壁）のクリアランスａや、キャビティ壁とはんだバンプランド間クリアランスｂが必要となる。このクリアランスａとクリアランスｂの合計値は、場合によっては１ｍｍ以上になるため、キャビティ基板２１の外形が必要以上に大きくなってしまう。しかし、キャビティ層２５の形状を、コの字、T字、ニの字型などに形成することにより、この無駄なスペースとなっているクリアランスを減らすことが可能となる。
【００４２】
図１８にはキャビティ層２５の形状を、ロの字、コの字、Ｔ字、ニの字型にした場合の、接続端子数、実装可能なキャビティ部２４の面積、キャビティ基板２１の実装面積の比較例について示している。図１８においては、接続端子が設けられる領域を左下がりのハッチングで示し、実装可能なキャビティ部２４を右下がりのハッチングによって示している。クリアランス部分にはハッチングを施していない。
【００４３】
図１８において、１ブロックは、１辺が０．４ｍｍのサイズを示している。図１８は、０．４ｍｍピッチで接続端子を並べた時の状態を示すように描いてある。実装可能なキャビティエリアと、接続端子との間は、前述したクリアランスを確保するために１．２ｍｍ（３ブロック）離している。また、接続端子数は、Min１４０ピン確保することを前提条件として試算している。
この試算結果を下記の表１に示す。この試算結果から、コの字、Ｔ字、ニの字については、ロの字に比べて、同等の接続端子数や実装可能なキャビティ部２４面積を確保しながら、キャビティ基板２１のサイズ（実装面積）を約１０〜２５％も削減できることが示されている。
【００４４】
【表１】
このため、上述した各実施例に示すように、キャビティ基板２１のキャビティ層２５をメインボード１２側から見てコの字、Ｔ字、ニの字のうちいずれか一つの形状に形成することによって、キャビティ層２５がロ字型である場合に較べて、キャビティ基板２１の外形（実装面積）を小さく形成することができる。また、キャビティ層２５の形状がH字型、X字型、十字型の場合であっても、キャビティ部２４の開口部２４ａには前記クリアランス部分が不要であるから、上記同様にキャビティ基板２１の外形を小さく形成することができる。
【００４５】
次に、上述した各実施例で示したキャビティ基板２１を製造する方法を図１９〜図２４によって詳細に説明する。これらの図において、前記図１〜図１５によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明を適宜省略する。
上述した各実施例で示したキャビティ基板２１を製造するためには、先ず、例えば図１９に示すように、公知の技術を用いて基板母材４１を製造する。この基板母材４１には、電子部品収納用の複数のキャビティ部２４が互いに直交する２方向にそれぞれ等間隔おいて並ぶように形成されている。この２方向とは、平面視において四角形となるように形成された基板母材４１の互いに直交する２辺と平行な方向である。
【００４６】
次に、前記基板母材４１を図示していないダイサーによって後述するように切断する。このダイサーは、予め定めたダイシングライン（切断線）に沿って平行移動しながら基板母材４１を切断する構造のものが用いられている。このダイサーによって基板母材４１を切断するためには、図１９〜図２４に示すように、第１の切断線４２と第２の切断線４３とに沿ってダイサーを平行移動させて行う。
【００４７】
上述した各実施例で示したキャビティ基板２１のうち、キャビティ層２５がメインボード１２側から見てコ字型に形成されているキャビティ基板２１を製造するためには、図１９に示すように第１、第２の切断線４２，４３を位置付ける。
図１９に示す第１の切断線４２は、キャビティ部２４どうしの間のみを通って延びている。また、第２の切断線４３は、前記第１の切断線４２とは直交する方向に延びるとともにキャビティ部２４を横切っている。第２の切断線４３がキャビティ部２４を横切る位置は、キャビティ部２４の一側部であって、平面視において内壁面２４ｂと重なる位置である。
【００４８】
基板母材４１は、これらの第１、第２の切断線４２，４３に沿って切断されることにより、コ字型のキャビティ層２５を有する複数のキャビティ基板２１に分断される。
キャビティ層２５が平面視においてＨ字型を呈するキャビティ基板２１を形成するためには、第１、第２の切断線４３を図２０に示すように位置付ける。図２０に示す第１の切断線４２は、キャビティ部２４の中央部を横切るように位置付けられている。また、第２の切断線４３は、前記第１の切断線４２とは直交する方向に延びるとともにキャビティ部２４どうしの間のみを通るように位置付けられている。
【００４９】
キャビティ層２５が平面視において十字型を呈するキャビティ基板２１を形成するためには、第１、第２の切断線４２，４３を図２１に示すように位置付ける。図２１に示す第１の切断線４２は、キャビティ部２４の中央部を横切るように位置付けられている。また、第２の切断線４３は、前記第１の切断線４２とは直交する方向に延びるとともにキャビティ部２４の中央部を横切るように位置付けられている。
【００５０】
キャビティ層２５が平面視においてＴ字型を呈するキャビティ基板２１を形成するためには、第１、第２の切断線４２，４３を図２２に示すように位置付ける。図２２に示す第１の切断線４２は、キャビティ部２４の一側部であって、平面視において内壁面２４ｂと重なる位置に位置付けられている。また、第２の切断線４３は、前記第１の切断線４２とは直交する方向に延びるとともにキャビティ部２４の中央部を横切るように位置付けられている。
【００５１】
キャビティ層２５が平面視において二の字型を呈するキャビティ基板２１を形成するためには、第１、第２の切断線４２，４３を図２３に示すように位置付ける。図２３に示す第１の切断線４２は、キャビティ部２４どうしの間のみを通るように位置付けられている。また、第２の切断線４３は、前記第１の切断線４２とは直交する方向に延びるとともに、キャビティ部２４の互いに対向する二側部であって、平面視において内壁面２４ｂと重なる位置を通るように位置付けられている。
【００５２】
キャビティ層２５が平面視においてＸ字型を呈するキャビティ基板２１を形成するためには、第１、第２の切断線４２，４３を図２４に示すように位置付ける。図２４に示す第１の切断線４２は、キャビティ部２４の二つの対角線のうち一方の対角線の上に位置付けられている。また、第２の切断線４３は、第１の切断線４２が横切っていない他のキャビティ部２４の他方の対角線上に位置付けられている。
【００５３】
基板母材４１を上述したように切断するに当たって、キャビティ基板２１の配線（図示せず）や第１、第２の４２，切断線４３の位置については、切断する位置を考慮して予め適切に設計しておく必要がある。具体的に説明すると、前記配線を引き回すエリアは、第１、第２の切断線４２，４３から十分離間するように形成する。図１９〜図２４に示すような特殊なキャビティ基板２１をダイシングする場合、キャビティ部２４の内壁面２４ｂやキャビティ部２４間の中央を狙って精度良く切断することが望まれるが、実際には基板の位置合わせ精度やダイサーの精度によって、多少切断位置がずれることが懸念される。
【００５４】
この問題を解決する方法として、ダイサーのブレードとしてブレード幅（刃の幅）が十分厚いものを使うことが望ましい。この場合、配線引き回しエリアはダイシング時のブレード幅を考慮して第１、第２の切断線４３から離間させておくことが望ましい。また、第１、第２の切断線４２，４３の線幅についても、十分な領域を確保しておくことが望ましい。
【００５５】
上述したように基板母材４１を分断してキャビティ基板２１を製造する製造方法によれば、キャビティ部２４の一部を除いてキャビティ部２４を囲む形状のキャビティ層２５を有するキャビティ基板２１を簡単に製造することができる。
【００５６】
なお、上述した各実施例においては、メインボード１２と第１の電子部品１３との間に補強樹脂１７を塗布する例を示したが、補強樹脂１７を塗布せず、実装面積を削減するためだけにこの三次元実装構造１１を用いても良い。
【実施例１】
【００５７】
上述した三次元実装構造１１と製造方法の具体的な一例を説明する。先ず、メインボード１２上にSnAgCuの鉛フリーハンダペーストを所定の位置に印刷する。続いて、０．３ｍｍ厚で、０．４ｍｍピッチの半田バンプ端子を有する、６ｍｍ四方のWLCSPをメインボード１２上にマウンターを用いて搭載する。
続いて、キャビティ基板２１をWLCSPの周囲の所定の位置に搭載する。ここで、キャビティ基板２１は、１０ｍｍ四方のサイズとなっていて、８×７ｍｍのキャビティを有するように、キャビティ層２５がコの字型に加工されたものとする。キャビティ部２４の内壁面２４ｂとWLCSPとの間にはそれぞれ１ｍｍのクリアランスが形成されている。
【００５８】
キャビティ部２４の深さは、WLCSPと接触しないように０．４ｍｍの深さで形成しておく。キャビティ基板２１のベース層２３とキャビティ層２５を合計した厚さは０．６５ｍｍ程度とする。第１の電子部品１３と、キャビティ基板２１（第２の電子部品１４が搭載されたもの）とを搭載したメインボード１２は、最高２５０℃のリフロー炉に流し、半田を溶融させメインボード１２とそれぞれ接続する。
【００５９】
完成した三次元実装構造体に、最後に補強樹脂１７を塗布する。補強樹脂１７はまずWLCSPに充填するため、キャビティ基板２１の開口部２４ａから露出しているWLCSPの一辺（６ｍｍ幅）に少量ずつ塗布する。補強樹脂１７を塗布するノズルは、WLCSPから０．１〜０．５ｍｍ程度離れたところに移動させ、WLCSPに直接塗布する。
WLCSPの半田接続部に十分補強樹脂１７が塗布された後、キャビティ基板２１全体に補強樹脂１７を塗布する。なお、WLCSPのサイズが小さかったり、浸透性が高い補強樹脂１７を用いる場合には、WLCSPとキャビティ基板２１に一括で補強樹脂１７を塗布しても良い。なお、ここで説明した部品の各種設計値は、目的とする三次元実装構造１１に合わせて、その都度最適になるよう設定することが望ましい。
【００６０】
一方、キャビティ基板２１を製造する工程で使用するダイサーは、そのブレード幅（刃の幅）が０．３〜０．８ｍｍなど十分厚いものを使うことが望ましい。この場合、配線引き回しエリアはダイシングのブレード幅を考慮して第１、第２の切断線４３から少なくとも片側０．２〜０．５ｍｍ程度、離しておくことが望ましい。またダイシングライン幅（第１、第２の切断線４３の線幅）についても約０．３〜０．８ｍｍと、十分な領域を確保しておくことが望ましい。
【符号の説明】
【００６１】
１２…メインボード、１３…第１の電子部品、１４…第２の電子部品、２１…キャビティ基板、２３…ベース層、２４…キャビティ部、２４ａ…開口部、２５…キャビティ層、４１…基板母材。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
メイン基板に実装された第１の電子部品を収容するキャビティ部を有し、前記メイン基板に実装されたキャビティ基板と、
前記キャビティ部における前記第１の電子部品とは反対側に実装された第２の電子部品とを備え、
前記キャビティ部は、前記第１の電子部品に前記メイン基板とは反対側から対向するベース層と、
前記ベース層から前記メイン基板に向けて延びて前記メイン基板に実装されたキャビティ層とによって形成され、
前記キャビティ層は、前記メイン基板側から見て、前記キャビティ部の一部を除いてキャビティ部を囲む形状に形成されていることを特徴とする電子部品の実装構造。
【請求項２】
請求項１記載の電子部品の実装構造において、前記メイン基板と第１の電子部品との間には補強樹脂が充填されていることを特徴とする電子部品の実装構造。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の電子部品の実装構造において、前記キャビティ基板のベース層は、前記第１の電子部品とは離間していることを特徴とする電子部品の実装構造。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のうちいずれか一つに記載の電子部品の実装構造において、前記第１の電子部品は、前記キャビティ部における前記キャビティ層によって囲まれていない開口部からキャビティ部の外に突出する突出部を有していることを特徴とする電子部品の実装構造。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のうちいずれか一つに記載の電子部品の実装構造において、前記キャビティ層は、前記メイン基板側から見てコの字、ニの字、H字、X字、T字、十字形状のうちいずれか一つの形状に形成されていることを特徴とする電子部品の実装構造。
【請求項６】
電子部品収容用の複数のキャビティ部が互いに直交する２方向にそれぞれ等間隔おいて並ぶように基板母材を形成するステップと、
前記基板母材を切断線が２方向に延びるように切断して個々のキャビティ基板に分断するステップとを有し、
前記２方向に延びる切断線のうち少なくとも一方の切断線は前記キャビティ部を横切ることを特徴とするキャビティ基板の製造方法。
【請求項１】
メイン基板に実装された第１の電子部品を収容するキャビティ部を有し、前記メイン基板に実装されたキャビティ基板と、
前記キャビティ部における前記第１の電子部品とは反対側に実装された第２の電子部品とを備え、
前記キャビティ部は、前記第１の電子部品に前記メイン基板とは反対側から対向するベース層と、
前記ベース層から前記メイン基板に向けて延びて前記メイン基板に実装されたキャビティ層とによって形成され、
前記キャビティ層は、前記メイン基板側から見て、前記キャビティ部の一部を除いてキャビティ部を囲む形状に形成されていることを特徴とする電子部品の実装構造。
【請求項２】
請求項１記載の電子部品の実装構造において、前記メイン基板と第１の電子部品との間には補強樹脂が充填されていることを特徴とする電子部品の実装構造。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の電子部品の実装構造において、前記キャビティ基板のベース層は、前記第１の電子部品とは離間していることを特徴とする電子部品の実装構造。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のうちいずれか一つに記載の電子部品の実装構造において、前記第１の電子部品は、前記キャビティ部における前記キャビティ層によって囲まれていない開口部からキャビティ部の外に突出する突出部を有していることを特徴とする電子部品の実装構造。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のうちいずれか一つに記載の電子部品の実装構造において、前記キャビティ層は、前記メイン基板側から見てコの字、ニの字、H字、X字、T字、十字形状のうちいずれか一つの形状に形成されていることを特徴とする電子部品の実装構造。
【請求項６】
電子部品収容用の複数のキャビティ部が互いに直交する２方向にそれぞれ等間隔おいて並ぶように基板母材を形成するステップと、
前記基板母材を切断線が２方向に延びるように切断して個々のキャビティ基板に分断するステップとを有し、
前記２方向に延びる切断線のうち少なくとも一方の切断線は前記キャビティ部を横切ることを特徴とするキャビティ基板の製造方法。
【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１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【公開番号】特開２０１１−１５５１６９（Ｐ２０１１−１５５１６９Ａ）
【公開日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１６２９６（Ｐ２０１０−１６２９６）
【出願日】平成２２年１月２８日（２０１０．１．２８）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２８日（２０１０．１．２８）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
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