(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
素子搭載面の裏側に第１の電極が形成された素子搭載基板と、前記素子搭載基板と所定間隔を隔てて対向するように配置され、しかも前記第１の電極に対向する位置に第２の電極が形成された配線基板と、前記第１の電極と前記第２の電極を接合する溶融性部材と、前記溶融性部材よりも外方に配置され、前記素子搭載基板の端部とこの端部に対向する前記配線基板の部位とを接着する樹脂製補強部材と、溶融性部材と樹脂製補強部材の間に、前記溶融性部材から離れて、その周囲を囲むように形成された樹脂製壁部材とを備え、樹脂製補強部材は、素子搭載基板の全周にわたって適宜間隔をおいて形成され、樹脂製壁部材は、固化する前の樹脂製補強部材が溶融性部材にまで進入できないような位置に隙間が配置されていることを特徴とする電子装置。
【請求項２】
素子搭載面の裏側に第１の電極が形成された素子搭載基板と、前記素子搭載基板と所定間隔を隔てて対向するように配置され、しかも前記第１の電極に対向する位置に第２の電極が形成された配線基板と、前記第１の電極と前記第２の電極を接合する溶融性部材と、前記溶融性部材よりも外方に配置され、前記素子搭載基板の端部とこの端部に対向する前記配線基板の部位とを接着する樹脂製補強部材を備え、樹脂製補強部材は、素子搭載基板の外周を囲むようにかつ全周にわたって適宜間隔をおいて形成され、素子搭載基板の素子搭載面の裏側端部から側面全体にかけて覆うとともに側面から外方に向かって裾広がりの形状を有していることを特徴とする電子装置。
【請求項３】
樹脂製補強部材の断面積は、素子搭載基板側から配線基板側に向かって大きくなることを特徴とする請求項２記載の電子装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電子装置に関わり、特に、電子装置を構成する複数の基板の接合強度を向上させ、その電気的信頼性を高める技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器の構成部品を実装する際、半導体素子などを固定するセラミック基板とこのセラミック基板を搭載する有機プリント配線基板との接合に、ハンダバンプ（半田ボール）を用いることが一般的に行われている。ところが、ハンダバンプを用いるＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）基板では、セラミック基板の熱膨張率が３ｐｐｍ／℃程度であるのに対して、有機プリント配線基板の熱膨張率は２０〜６０ｐｐｍ／℃と前者に比べて大きいため、昇温時にはセラミック基板と有機プリント配線基板の熱膨張率差に起因する応力が発生し、この応力により、接合されたハンダバンプやセラミック基板にクラックが発生し、導通不良が生じることがある。
【０００３】
このような２種類の熱膨張率の異なる基板の間に発生するクラックや導通不良を防止することを目的にして、様々な手法が提案されている。例えば、図５に示すように、固定棒を用いて２枚の基板の端部を固定する方法が特開平１０−２０９２１３号公報に開示されている。
【０００４】
図５に示されている半導体装置の端部を表す断面図において、１０はセラミックス製ＢＧＡ基板、２０はプリント基板、２１は凹部、３０、６０はメタライズパッド、４０、５０は共晶ハンダ、７０は高温ハンダボール（バンプ）、８０は固定棒、９０、１１０は接合材、１００は貫通穴である。セラミックス製ＢＧＡ基板１０の少なくとも２個所以上の角には貫通穴１００が形成され、プリント基板２０の貫通穴１００に相対する箇所には固定棒８０が設けられている。
【０００５】
プリント基板２０に搭載されたセラミックス製ＢＧＡ基板１０は、温度変化で膨張収縮するプリント基板２０の変形を、固定棒８０を介して抑えることができる。しかし、この方法では、セラミックス製ＢＧＡ基板１０に貫通穴１００の形成と、プリント基板２０には凹部２１の形成が必要で、しかも固定棒８０を凹部２１に接合するために、高温ハンダボール７０とは別に、はんだ付を実施する必要がある。従って、部品点数や工程数が増大するため、製造コストの上昇をまねくことが懸念される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、部品点数や工程数を大幅に増大させること無く、簡便な方法で、セラミック基板と有機プリント配線基板などのように熱膨張率が異なる基板どうしを多層に積層した場合に生じるクラックの発生を抑制することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかわる電子装置は、素子搭載面の裏側に第１の電極が形成された素子搭載基板と、素子搭載基板と所定間隔を隔てて対向するように配置され、しかも第１の電極に対向する位置に第２の電極が形成された配線基板と、第１の電極と第２の電極を接合する溶融性部材と、溶融性部材よりも外方に配置され、素子搭載基板の端部とこの端部に対向する配線基板の部位とを接着する樹脂製補強部材を備えてなるものである。
【０００８】
また、樹脂製補強部材は、素子搭載基板の側面から外方に向かって裾広がりの形状を有しているものである。
【０００９】
また、樹脂製補強部材は、素子搭載基板の全周にわたって適宜間隔をおいて形成されているものである。
【００１０】
また、樹脂製補強部材の硬化前の粘度は、５，０００ｃｐｓ以上、２００，０００ｃｐｓ以下である。
【００１１】
また、溶融性部材と樹脂製補強部材の間に、溶融性部材から離れて、その周囲を囲むように形成された樹脂製壁部材を備えているものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明に係る電子装置の実施の形態１を、図１に示す断面図を用いて説明する。セラミック基板（素子搭載基板）１は、例えば、数枚のセラミックのグリーンシートを積層・焼成したＬＴＣＣ（Ｌｏｗ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ  Ｃｅｒａｍｉｃ）で、層間には配線パタンが形成されており、この配線パタンを介してセラミック基板１の上面および下面にそれぞれ形成されている素子パッド３とバンプパッド４Ａ（第１の電極）の導通が確保される。
【００１３】
セラミック基板１の上面には、シリコンセンサー（歪みセンサーなど）、薄膜磁気ヘッド、半導体素子などの素子２が搭載され、この素子２は素子パッド３と接続されている。素子パッド３とバンプパッド４Ａは、セラミックのグリーンシートに銀ペーストなどの電極材を印刷あるいは塗布したのち、焼成することによって形成される。
【００１４】
プリント基板（配線基板）７の上面（セラミック基板１と対向する面）には、バンプパッド４Ａと対向する位置にバンプパッド４Ｂ（第２の電極）が形成されている。プリント基板７にバンプパッド４Ｂを形成するには通常のプリント印刷の手法を適応できる。
【００１５】
バンプパッド４Ａとバンプパッド４Ｂははんだ、ロー材等からなるバンプ（溶融性部材）８で接合されている。セラミック基板１の外周には、セラミック基板１とプリント基板２を接着する補強部材６が、取り囲むように形成されている。
【００１６】
セラミック基板１とプリント基板７を接合する手順を、図２（ａ）〜図２（ｃ）を用いて説明する。先ず、治具（図示せず）を用いて、バンプパッド４Ａに重なるようにバンプ８を位置決めし、保持する。セラミック基板１と溶融する前のバンプ８を保持した状態で、全体をバンプ８の融点以上にまで昇温し、バンプパッド４Ａにバンプ８の片側を接合する（図２（ａ）参照）。
【００１７】
次いで、バンプ８がバンプパッド４Ａに接合されたセラミック基板１を裏返し、バンプ８がバンプパッド４Ｂと対向するように、セラミック基板１とプリント基板３との位置決めを行う。このように位置決めされた状態で、全体を再び昇温し、バンプ８とバンプパッド４Ｂを接合させる（図２（ｂ）参照）。
【００１８】
次いで、セラミック基板１の外周に、例えば、ニードル９を用いて適度な粘性を有する接着性樹脂を供給し、全体を昇温すると、この樹脂が硬化し、セラミック基板１とプリント基板３を接着する補強部材６が形成される（図２（ｃ）参照）。補強部材６は、接着性樹脂を供給し、硬化させるだけで形成できるので、工程や部品数を大幅に増加することがない。
【００１９】
後述する実施例１では、接着性樹脂に粘度が２３，０００ｃｐｓのエポキシ系樹脂を使用しているが、補強部材６の形状を整えるために接着性樹脂にはある程度の粘性が必要で、そのために接着性樹脂の粘度は５，０００ｃｐｓ以上であることが望ましい。しかし粘性が高くなるとニードル等から吐出することが困難になるため、粘度は２００，０００ｃｐｓ以下であることが望ましい。
【００２０】
接着性樹脂はセラミック基板１の端部、特に側面に、すなわち補強部材６がセラミック基板１の側面から外方にはみ出るように、供給することが望ましい。セラミック基板１の側面から外方に広がる裾広がりの形状を呈する補強部材６は、セラミック基板１からはみ出ていない場合に比べ、はるかに強固に基板どうしを固定する。
【００２１】
接着性樹脂はセラミック基板１とプリント基板３の内部間隙まで供給されていても構わないが、バンプ８に補強部材６が直接触れると、補強部材６にクラックが形成されやすい。この結果、補強部材６の効果が低下する。特に、接着性樹脂に粘性が低いものを使用する場合、外周に供給された樹脂が硬化する前にバンプ８に向かって、セラミック基板１とプリント基板３の間隙を進入し、バンプ８と補強部材６が接触しやすいので、接触を避けるように注意を払う必要がある。
【００２２】
そこで、図３（実施の形態２）に示されるように、補強部材６とバンプ８の間に、接着性樹脂の進入を防止する壁部材９をバンプ８の周囲を囲むように設けてもよい。壁部材９は、接着性樹脂の粘度が低い場合でも、接着性樹脂が基板の間隙に進入し、バンプ８に接触すること防ぐ。
【００２３】
壁部材９の形成は、補強部材６を形成する前に、バンプ８とバンプパッド４Ｂを接合する時に行うと工程が簡略化される。このために壁部材９を構成する樹脂の硬化温度は、補強部材６の硬化温度よりも高いことが望ましく、バンプ８の接合温度と同程度であればさらに望ましい。
【００２４】
なお、セラミック基板１の周囲を補強部材６で完全に封じることは、セラミック基板１とプリント基板３の間隙に存在する空気、およびバンプ８に発生する熱を閉じ込めることになるので好ましくない。この意味で補強部材６および壁部材９は、適当な隙間を設けて、数箇所に別れて配置されていることが望ましい。ただし、壁部材９の隙間を配置する位置は、固化する前の補強部材６がバンプ８にまで進入できないような位置関係を所有していることが必要である。
【００２５】
本発明にかかわる電子装置は、昇温によってセラミック基板１とプリント基板７に反りが生じるように応力が発生しても、補強部材６がセラミック基板１の端部をプリント基板７に強固に固定するため、バンプ８に加わる応力が低減される。このためバンプ８にクラックが入ったり、セラミック基板１に亀裂が入ることを抑制する。その結果、電子装置の電気的信頼性が向上する。
【００２６】
また、補強部材６は固化する前は液状であるため、補強部材６がプリント基板３に届かずに未接合不良が生じるといった不都合も生じない。
つぎに、本発明の効果を実施例に基づいて説明する。
【００２７】
実施例１．
セラミック基板（３０ｍｍ×３０ｍｍ）には、９００℃で焼成された厚さ１ｍｍのものを使用した。セラミック基板の中央部には、φ０．５ｍｍのバンプパッド４Ａを１ｍｍピッチで７２９個（２７列×２７行）形成した。プリント基板（３０ｍｍ×３０ｍｍ）には厚さ１．６ｍｍのものを使用し、中央部には、φ０．５ｍｍのバンプパッド４Ｂを１ｍｍピッチで７２９個（２７列×２７行）形成した。
【００２８】
バンプ８には融点１８３℃のはんだ（６３Ｓｎ−３７Ｐｂ）を用い、バンプパッド４Ａ、４Ｂを２３０℃で接合した。補強部材６にはエポキシ樹脂系封止樹脂（ＥＨ０５４８−８，デクスター社）を用い、１５０℃で一時間硬化させた。
【００２９】
次に、以上のようにして作成した電子装置の耐クラック性を評価するために、ヒートサイクル試験（−４０℃〜＋１２５℃、１５ｍｉｎ．／１５ｍｉｎ．）を行った。図４はヒートサイクル試験を１０００サイクル実施した後の電子装置の断面観察写真である。補強部材６がない場合、３０サイクル程度経ると、セラミック基板１の内部に拡がるクラックが観察されるが、１０００サイクル経た後でも図４に示されるように全くクラックを発見できなかった。
【００３０】
実施例２．
実施例２では、図３に示される実施の形態２に基づいて、壁部材９を形成した。壁部材９には粘度５０，０００ｃｐｓのエポキシ樹脂系封止樹脂（ＣＢ０１１−１Ｒ，デクスター社）を用いた。
【００３１】
先ずバンプパッド４Ａとバンプ８が接合されたセラミック基板１をプリント基板に対して位置決めを行った。さらにＣＢ０１１−１Ｒをバンプ８の周囲を囲むように塗布し、セラミック基板１とプリント基板３を２３０℃で一時間硬化させた。このとき、バンプパッド４Ｂとバンプ８の接合が同時に進行した。
【００３２】
次に、エポキシ系封止樹脂（ＥＨ０５４８−８，デクスター社）をセラミック基板１の側面に塗布し、１５０℃で一時間硬化させて補強部材６を形成した。
以上のように作成した実施の形態２に係る電子装置でも、充分な耐クラック性を確認できた。
【００３３】
なお、実施の形態１と２では、熱膨張率の異なる２種類の基板を接合する例を示したが、熱膨張率の等しい基板を接合する場合、例えば素子を搭載するセラミック基板（小）とこのセラミック基板を支持する配線セラミック基板（大）を固定する場合、にも本発明を適用出来ることは言うまでもない。
【００３４】
【発明の効果】
本発明にかかわる電子装置は、素子搭載面の裏側に第１の電極が形成された素子搭載基板と、素子搭載基板と所定間隔を隔てて対向するように配置され、しかも第１の電極に対向する位置に第２の電極が形成された配線基板と、第１の電極と第２の電極を接合する溶融性部材と、溶融性部材よりも外方に配置され、素子搭載基板の端部とこの端部に対向する配線基板の部位とを接着する樹脂製補強部材を備えていることにより、溶融性部材等にクラックが発生することを抑制できる。
【００３５】
また、樹脂製補強部材は、素子搭載基板の側面から外方に向かって裾広がりの形状を有していることにより、溶融性部材等にクラックが発生することを抑制できる。
【００３６】
また、樹脂製補強部材は、素子搭載基板の全周にわたって適宜間隔をおいて形成されていることにより、溶融性部材からの発熱を放散できる。
【００３７】
また、樹脂製補強部材の硬化前の粘度は、５，０００ｃｐｓ以上、２００，０００ｃｐｓ以下であることにより、樹脂を吐出し、その形状を整えることが出来る。
【００３８】
また、溶融性部材と樹脂製補強部材の間に、溶融性部材から離れて、その周囲を囲むように形成された樹脂製壁部材を備えていることにより、樹脂製補強部材と溶融性部材の接触を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる電子装置（実施の形態１）の断面を表す図である。
【図２】補強樹脂部材を形成する工程を説明するための図である。
【図３】実施の形態２にかかる電子装置の断面を表す図である。
【図４】ヒートサイクル試験を１，０００回実施した後の電子装置の断面を表す図（写真）である。
【図５】従来の電子装置（半導体装置）の断面を表す図である。
【符号の説明】
１  セラミック基板（素子搭載基板）、  ２  素子、  ３  素子パッド、  ４Ａ、４Ｂ  バンプパッド（第１の電極、第２の電極）、  ６  補強部材、  ７  プリント基板（配線基板）、  ８  バンプ（溶融性部材）、  ９  壁部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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